经验谈：写给新手的反激变压器KRP详解

经验谈：写给新手的反激变压器KＲＰ详解

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反激变压器的优点自是不必多说,很多新手都通过反激电源的制作来熟悉电源设计,目前网络上关于反激变压器的学习资料五花八门且比较零散,本文就将对反激变压器的设计进行从头到尾的梳理,将零散的知识进行整合,并配上相应的分析，帮助大家尽快掌握。

今天将进行一个较为完整的分析，KＲP作为反激变压器中的灵魂参数，该如何对其进行取舍，值得我们深入探讨。

首先先对文章当中的将要提到的一些名词进行解释。

工作模式:即电感电流工作状态，一般分DCM、CCM、BCM三种(定性分析)。

KRP:描述电感电流工作状态的一个量(定量计算)；

ＫＲP定义：

KRＰ的意义:只要原边电感电流处于连续状态,都称之为ＣCＭ模式。而深度CCM模式(较小纹波电流)与浅度ＣＣＭ模式(较大纹波电流)相比较，电感量相差好几倍,而浅度CCM模式与BCM、DCM模式的各种性能、特点可能更为相似。显然需要一个合适的参数来描述所有电感电流的工作状态。通过设置KRＰ值,可以把变压器的电感电流状态与磁性材料、环路特性等紧密联系起来。我们也可以更加合理的评估产品设计方案，例如：

KＲP较大时（特别是DCＭ模式)，磁芯损耗一般较大(NP较小),气隙较小（无气隙要求，仅满足LP值)，LP较小，漏感会较大,纹波电流较大（电流有效值较高);

ＫRP较小时（特别是深度CＣM模式),磁芯损耗一般较小(NP较大）,气隙较大(有气隙要求,平衡直流磁通），ＬP较大,漏感会较小，纹波电流较小(电流有效值较低);

注:ＫRP较小时,气隙也是可以做到较小，但这需要更大的磁芯和技巧；

KRＰ较大时,磁芯损耗也是可以做的较小，但这同样需要更大的磁芯和技巧;

这里说一点题外话，大部分人通常认为，相同磁芯、开关频率,ＤMAX,DCM模式比CＣM 模式下的输出功率更大;其实这是不完全对的（至少不符合实际,因为需要限制DMAX,导致空载容易异常)，原因在于ＤＣM模式下磁芯损耗会超出你的想象（电应力也会如此);DCＭ模式下,如果想大幅度降低磁芯损耗，唯一的方法是增大NＰ,而过大的ＮP会与LP形成现实冲突(DCM模式下，LP一般较小),造成磁芯气隙超出你的想象(漏感也会如此）;有没有方法解决这种现实矛盾？答案应该是肯定的，即选择合适的磁芯结构，如长宽比小且AＥ大的磁芯(PQ、POT系列）,或许会比长宽比大且ＡE小的磁芯(EＥＲ、EEL系列)更加有优势。(补充：在ＤCM模式下,如果限制ＤMAＸ，则会比CＣM模式下输出更大的功率)

ＫRP较大时,增大DMAX可以在一定程度上降低原边的纹波电流及有效电流值,但是次级的电流应力会更加恶劣，这种方法(增大/减小DMＡX）只适合平衡初次级的电压、电流应力，应该不是一种很好的设计手段。

KRP较大时，空载启动困难，特别是低压大电流输出,且空载无跳频(宽范围ＡＣ输入时尤其如此,如３.３V1０A,特别是超低压输入)；

KRＰ较小时,开关损耗较大,特别是高压小电流输出,且开关频率较高(窄范围AC输入时尤其如此,如１0０V0．５A，特别是超高压输入)；

注:非低压大电流产品(如１２V5A),KRP较大时，DMAX不能设计的过小,否则空载也会启动困难，且空载无跳频(宽范围AC输入时尤其如此）；

超低压输入产品(如12Ｖ输入),KRP应该较小，且开关频率也不能过高,否则LP过小(漏感过大)无法正常工作(或者效率极低)。

KＲP较大时,动态响应较快，环路补偿比较容易(特别是采用电流模式控制)；

KRP较小时，动态响应较慢，环路补偿相对困难(特别是采用电压模式控制)；

KＲP较大时，电感电流斜率较急,CS采样端对噪声影响不明显;

KRP较小时,电感电流斜率较缓，ＣS采样端可能会受到噪声影响;

注：电流模式芯片通常会比电压模式控制芯片的性能更加优异，但并非所有情况下都是如此。如果输入电压较高，输出功率较小，电流模式芯片可能无法检测CS电压,低压大电流输出产品在空载时也会出现这种情况(再次强调,宽范围ＡC输入，低压大电流输出〈甚至非大电流输出产品〉,如果KRP较大，ＤMAX又较小,空载极有可能出问题，或许轻载降频、提高VCC都不一定有效,但是采用某些电压模式控制芯片,可能会避免此问题)。低压输入,输出功率很大时，电感电流斜率较缓,CS采样电压（电阻/互感器)可能很容易受到干扰,如果负载变化较大，也可能会因此CS端采样异常。也不是所有电流模式芯片均比电压模式芯片优秀,这需要综合考虑各种因素,包括外围电路的复杂程度。

超高压输入时，KRP应该设置较大(最好是QR模式)，开关损耗会较低;

超低压输入时，KＲＰ应该设置较小(最好是深度CCＭ模式),漏感会较低;

KRP选取法则

电感纹波电流如何设置,主要取决于输入电压范围、输入电压幅度、输出电压幅度、输出电流范围、漏感百分比（气隙)四个量。

1、宽范围输入时，尽量选择深度CＣM模式;

注:在所有输入电压范围内,功率器件的电压电流应力会有一个较好的折中；

2、输入电压非常低时（如１２/2４V）,请选择深度CＣM模式(KRＰ≤0.40)；

注：此时如何降低漏感摆在第一位，深度CＣM模式下,自然会获得最小的漏感量；

3、输入电压非常高时(如４00VＤC),请选择DCＭ模式(或者QＲ模式）;

注：此时如何降低开关损耗摆在第一位，在QR模式下，自然会获得最小开关损耗；

4、输出电压非常高时，请选择DＣM模式（或者QR模式);

注:此时如何降低开关损耗摆在第一位,在QＲ模式下,自然会获得最小开关损耗;

5、输出电流非常大时，尽量选择ＣCM模式，KRP值视输入电压范围及幅值决定;

注：CCM模式下,峰值电流、纹波电流、有效电流都会相对较小,且尽量避免采用单个肖特基二极管去处理高有效值电流，也要想办法去避免空载问题。

6、小电流输出,尽量采用DＣM(ＱR)模式。

注：功率小，效率较高。

７、如果要求最小漏感设计，尽量选择CCM模式,KＲP尽可能的小。

8、采用较小磁芯输出较大功率的前提条件是:较小ＤMＡＸ、较高电感纹波电流(有效电流)，空载问题好解决

9、KRP小于0.６6时，电感电流峰值、有效值,不再跟随KRP值的减小而明显减小，但是Ｂdc及气隙上升非常明显;

KＲP小于０．40时,电感电流纹波电流将会出现过小而导致ＣS采样困难，且饱和的10电感电流上升不明显;

1０、如果设置BCM模式下的LP＝1,其他工作条件不变,则：

KRP＝1.0０，LP=1

KRP＝0．66,ＬP＝2

KRP=０.５０，ＬＰ=3

ＫRＰ＝0.40,LP=４

KRP=0．33，LＰ=5