ZHCACJ2 april   2023 TPS7H5001-SP

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4.   说明
  5.   特性
  6.   应用
  7. 1系统概述
    1. 1.1 方框图
    2. 1.2 设计注意事项
    3. 1.3 系统设计原理
      1. 1.3.1 开关频率
      2. 1.3.2 变压器
      3. 1.3.3 RCD 和二极管钳位
      4. 1.3.4 输出二极管和 MOSFET
      5. 1.3.5 输出滤波器和电容
      6. 1.3.6 补偿
      7. 1.3.7 控制器无源器件
  8. 2测试结果
    1. 2.1 测试和结果
      1. 2.1.1 测试设置
      2. 2.1.2 测试结果
        1. 2.1.2.1 效率
        2. 2.1.2.2 频率响应
        3. 2.1.2.3 热特性
        4. 2.1.2.4 输出电压纹波
        5. 2.1.2.5 负载阶跃
        6. 2.1.2.6 启动
        7. 2.1.2.7 关断
        8. 2.1.2.8 元件应力
  9. 3设计文件
    1. 3.1 原理图
    2. 3.2 物料清单
    3. 3.3 装配图
  10. 4相关文档

变压器

该设计的变压器包含两个主要值,即匝数比和初级侧电感。方程式 2 提供了作为占空比的函数的匝数比。如果需要匝数比实现最大的转换器占空比,则计算结果将提供最大的匝数比。TPS7H5001-SP 设计的目标占空比为 33%。这允许在两个方向上为占空比因瞬态而发生变化留出空间,并使其保持在最小导通时间之上。可以使用方程式 2方程式 3 来计算变压器的匝数比。

方程式 2. N p s = V i n × D ( V o u t + V D i o d e ) × ( 1 - D )
方程式 3. N p s = 28   V × 0 . 33 ( 5   V + 0 . 5   V ) × ( 1 - 0 . 33 ) = 2 . 5

设计中的匝数比通常会因变压器的制造方式而异。在本例中,计划了辅助绕组,但未使用。由于该因素以及需要匝数的完整值,匝数比为 8:3。如果不需要辅助绕组,则建议使用 3:1 的匝数比,因为当占空比发生变化时,由于初级侧的匝数较少,开关节点上的寄生尖峰较小。

通过选择合适的纹波电流,可以确定变压器的初级电感。较高的电感通常意味着电流纹波较小,从而降低 EMI 和噪声,但较高的电感也会增加物理尺寸并限制设计的带宽。较低的电感则相反,它会增大电流纹波,降低 EMI,降低噪声,减小物理尺寸并增加设计的有限带宽。纹波电流百分比可以是 20% 至 80% 范围内的任何值,具体取决于设计。可以使用方程式 4方程式 5 通过纹波电流百分比来确定初级电感。

方程式 4. L P R I = V i n 2 × D 2 V o u t × I o u t × f o s c × % R i p p l e
方程式 5. ( 28   V   ) 2 × 0 . 33 2 5   V × 10   A × 500   k H z × 0 . 4 = 8.54   μ H

在制造变压器时存在很多物理限制,因此该电感通常会略有变化。对于 TPS7H5001-SP 设计,使用 µH 级的初级电感。这对应于大约 0.38 的波纹百分比。变压器的峰值电流和初级电流通常也可用于确定变压器的物理结构,如方程式 6方程式 13 所示。

方程式 6. I R i p p l e = V o u t × I o u t × % R i p p l e V i n × D
方程式 7. I R i p p l e = 5   V × 10   A × 0 . 38 28   V × 0 . 33 = 2 . 06   A
方程式 8. I P r i P e a k = V o u t × I o u t V i n × D × η + I R i p p l e 2
方程式 9. I P r i P e a k = 5   V × 10   A 28   V × 0 . 33 × 0 . 8 + 2 . 06 2 = 7 . 79   A
方程式 10. IPriRMS=D×(Vout×IoutVin×D)2+IRipple23
方程式 11. I P r i R M S = 0 . 33 × ( 5   V × 10   A 28   V × 0 . 33 ) 2 + ( 2 . 06   A ) 2 3 = 3 . 33   A
方程式 12. ISecRMS=(1-D)×Iout2+(IRipple×Nps)23
方程式 13. I S e c R M S = 0 . 67 × ( 10   A ) 2 + ( 2 . 06   A × 2 . 67 ) 2 3 = 8 . 78   A