兩種常見(jiàn)的次級(jí)整流器拓?fù)淙鐖D3所示。如果次級(jí)整流器拓?fù)錇橥仆焓?，則在單元 C11 中輸入兩倍的初級(jí)匝數(shù)。例如，如果使用TGMR-512V6LF，則使用推挽式整流器，請(qǐng)?jiān)趩卧馛11中輸入“8”，在單元格C12中輸入“1”。

此拓?fù)湟矔?huì)影響在單元格 C13 中輸入的內(nèi)容。對(duì)于全波整流器，輸出電壓降低兩個(gè)二極管壓降，而對(duì)于推挽整流器，輸出電壓僅降低一個(gè)二極管壓降。請(qǐng)查閱二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定每個(gè)二極管的預(yù)期正向偏置壓降。如果尚未選擇二極管，請(qǐng)輸入表1中建議的默認(rèn)值，然后在選擇特定二極管后替換接近值。

最后，請(qǐng)參閱電子表格的第四部分“計(jì)算結(jié)果”。Cell C23 計(jì)算此應(yīng)用的最小允許 ET 常數(shù)。變壓器規(guī)格必須等于或超過(guò)此規(guī)格。Halo TGMR-502V6LF 變壓器 ET 常數(shù)為 60V-μs，超過(guò)了電池 C23 中計(jì)算的最小值。

電子表格單元C24計(jì)算整流器的輸出約為5.4V。如果需要對(duì)隔離式5V電源進(jìn)行良好調(diào)節(jié)，則使用壓差為0.4V或更低的LDO來(lái)調(diào)節(jié)此輸出。

由于未考慮所有因素，因此在執(zhí)行最壞情況分析時(shí)，應(yīng)將輸出電壓降低1%至5%。另請(qǐng)注意，對(duì)于非常輕的負(fù)載，輸出電壓最終可能會(huì)遠(yuǎn)高于計(jì)算值。例如，在MAX13256數(shù)據(jù)資料第5頁(yè)的右下角圖表中可以看到這一點(diǎn)。

如果輕負(fù)載輸出電壓是一個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)?jiān)诠ぷ髋_(tái)上以預(yù)期的最小負(fù)載進(jìn)行原型設(shè)計(jì)并測(cè)量輸出電壓。在某些情況下，使用預(yù)負(fù)載電阻分流輸出會(huì)降低輕負(fù)載時(shí)的輸出電壓。

圖4.MAX13256特定變壓器實(shí)例的計(jì)算結(jié)果

選擇不是專(zhuān)門(mén)為MAX13256設(shè)計(jì)的變壓器

如果沒(méi)有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于MAX13256的標(biāo)準(zhǔn)變壓器怎么辦？然后擴(kuò)大搜索范圍，查看未特別提及MAX13256的標(biāo)準(zhǔn)變壓器產(chǎn)品。只需掃描幾個(gè)參數(shù)就可以快速縮短一長(zhǎng)串可能的候選者。

首先，從考慮中剔除任何不符合隔離要求的變壓器。接下來(lái)，查看匝數(shù)比和ET產(chǎn)品。您如何看待這一點(diǎn)取決于任何中心水龍頭的可用性。例如，如果初級(jí)有一個(gè)中心抽頭，則可以選擇驅(qū)動(dòng)整個(gè)繞組，或者只驅(qū)動(dòng)一半的繞組。一側(cè)中心抽頭的變壓器提供兩種可能性，同時(shí)抽頭初級(jí)和次級(jí)中心抽頭的變壓器提供四種可能性。

從表 2 中，對(duì)于所有適用的可能性，請(qǐng)僅保留同時(shí)滿足第三列和第四列條件的可能性。查閱表2時(shí)，ET產(chǎn)品的計(jì)算公式為：

ET = （1000 × V在）/f西 南部

哪里：

ET 是基于電路要求的計(jì)算乘積（以伏特微秒為單位）

V在是輸入電壓，以伏特為單位

f西 南部是最小輸入時(shí)鐘頻率（以 kHz 為單位）或 510kHz（如果使用內(nèi)部振蕩器）

在表2中，暫定匝數(shù)比（TR）定義為所需輸出電壓除以輸入電壓。

最后，借助“MAX13256通用變壓器”電子表格驗(yàn)證應(yīng)用是否適用。

使用“MAX13256通用變壓器”電子表格

除了已經(jīng)提到的規(guī)格外，許多變壓器數(shù)據(jù)手冊(cè)還包括磁化電感，有時(shí)稱(chēng)為初級(jí)電感。這有時(shí)也稱(chēng)為OCL或開(kāi)路電感，因?yàn)樗窃诶@組上測(cè)量的，所有其他繞組都保持開(kāi)路。

OCL 是一個(gè)重要的規(guī)范。與Maxim以前的變壓器驅(qū)動(dòng)器不同，MAX13256可限制峰值初級(jí)電流，防止過(guò)載和短路情況。初級(jí)電感使初級(jí)電流具有經(jīng)典的“基座上的斜坡”形狀，如圖5所示。

圖5.初級(jí)端的電流波形。

在恒定負(fù)載下，變壓器看到平均電流，由提供電力以加熱變壓器鐵芯的組件和向負(fù)載輸送電力的組件組成。初級(jí)電感導(dǎo)致在此平均電流之上出現(xiàn)電流斜坡。分析必須包括檢查峰值電流是否誤觸發(fā)MAX13256保護(hù)電路的計(jì)算。

讓我們?cè)倏匆粋€(gè)例子。假設(shè)您有一個(gè) 12V 電源軌，需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)隔離式 12V、200mA 電源軌，具有 1kV 隔離。搜索會(huì)找到一個(gè)可能的候選產(chǎn)品，線藝Q4470-CL2.使用“MAX13256通用變壓器”表驗(yàn)證其他參數(shù)。圖 6 顯示了要在第一部分中輸入的內(nèi)容。

圖6.MAX13256通用變壓器數(shù)據(jù)錄入示例，MAX13256部分

電子表格單元C3是MAX13256內(nèi)部橋式開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻之和，即數(shù)據(jù)資料規(guī)格R之和哦和 R老.典型值為1.6Ω。對(duì)于最壞情況分析，將電池C3更改為2.5Ω。電子表格單元格 C4 是最小開(kāi)關(guān)頻率，以千赫茲為單位。如果使用內(nèi)部振蕩器進(jìn)行時(shí)鐘，則此值為510kHz。對(duì)于外部時(shí)鐘，請(qǐng)?jiān)诖颂庉斎脒M(jìn)入CLK引腳的最低頻率。

為了防止過(guò)載和短路故障，MAX13256限制提供給變壓器初級(jí)的峰值電流。ITH上的電阻器負(fù)責(zé)設(shè)置此限流閾值。除非輸入電流需要更多限制，否則ITH引腳上的電阻應(yīng)為1kΩ，以保證500mA峰值電流限值。如果ITH電阻設(shè)置為高于1kΩ的值，則將編程電流限值輸入電池C5。否則，請(qǐng)使用默認(rèn)值 0.5A。

接下來(lái)，在第二部分“由客戶輸入”中輸入?yún)?shù)，如圖 7 所示。

圖7.MAX13256通用變壓器示例的計(jì)算結(jié)果

輸入驅(qū)動(dòng)MAX13256 V的電壓DD固定在電子表格單元格 C8 中。在本例中，它是 12V。輸入單元 C9 中的輸出負(fù)載電流。根據(jù)這個(gè)例子，它是0.2A。從變壓器數(shù)據(jù)手冊(cè)中獲取電池 C10 至 C14 的值。盡管變壓器同時(shí)具有初級(jí)和次級(jí)中心抽頭，但這種設(shè)計(jì)并沒(méi)有利用它們。如果使用主中心抽頭，則單元格 C12 中的主匝數(shù)條目將減半，即 1.5。同樣，如果在設(shè)計(jì)中使用了輔助中心抽頭，則單元格 C13 中的值將減半，即 2。

整流器拓?fù)鋾?huì)影響單元 C15 中輸入的內(nèi)容。對(duì)于全波整流器，輸出電壓降低兩個(gè)二極管壓降，而對(duì)于推挽整流器，輸出電壓僅降低一個(gè)二極管壓降。請(qǐng)查閱二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定每個(gè)二極管的預(yù)期正向偏置壓降。如果尚未選擇二極管，請(qǐng)輸入表1中建議的默認(rèn)值，然后在選擇特定二極管后替換收盤(pán)值。

接下來(lái)，查閱電子表格的第四部分，即圖 8 中的“計(jì)算結(jié)果”。

圖8.MAX13256通用變壓器示例的數(shù)據(jù)輸入，按客戶部分輸入。

Cell C32 計(jì)算此應(yīng)用的最小允許 ET 產(chǎn)物。32V-μs 的變壓器 ET 乘積超過(guò)了電池 C32 中所需的最小值 23.5。如果MAX13256驅(qū)動(dòng)器連接到初級(jí)端的一端和中心抽頭，變壓器將能夠處理規(guī)定規(guī)格的一半，即16V-μs。這是不夠的，因此該變壓器不能在此應(yīng)用中使用中心抽頭。

C33單元計(jì)算MAX13256的峰值電流。此值必須低于在單元格 C5 中輸入的值。請(qǐng)注意，單元格 F33 表示“良好”。如果單元格 C33 中的計(jì)算證明過(guò)高，單元格 F33 表示“PK 電流太高”。

電子表格單元C35計(jì)算電路的預(yù)期輸出電壓，在本例中約為13.9V。如果需要穩(wěn)壓良好的12V輸出，則LDO有足夠的壓差裕量。

有關(guān)“功耗”信息，請(qǐng)參見(jiàn)圖9。

圖9.MAX13256通用變壓器示例，功耗部分

這些功耗數(shù)字是合理的，在制作精良的設(shè)計(jì)中應(yīng)該不會(huì)造成很少或不會(huì)造成麻煩。請(qǐng)注意，變壓器功耗數(shù)字包括未知的磁芯損耗，估計(jì)為200mW，即電池C16中的值。與MAX13256配合使用的變壓器類(lèi)型往往遠(yuǎn)低于200mW的近似值。這也是為什么在工作臺(tái)上檢查電路性能很重要的另一個(gè)原因。

為復(fù)雜的變壓器供應(yīng)商指定變壓器

如果您沒(méi)有找到合適的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，那么您應(yīng)該考慮與變壓器供應(yīng)商聯(lián)系以獲取定制產(chǎn)品。

與信譽(yù)良好的變壓器供應(yīng)商合作的最佳方式可能是在設(shè)計(jì)階段與他們合作。使用“MAX13256通用變壓器”電子表格制定變壓器的暫定規(guī)格。

您應(yīng)該向變壓器供應(yīng)商提供的“硬”規(guī)格是：

隔離級(jí)別

ET 常數(shù)

輸出電流

匝數(shù)比

估計(jì)“軟”規(guī)格，并期望變壓器供應(yīng)商建議對(duì)這些規(guī)格進(jìn)行一些更改：

調(diào)整電池 C14 中的初級(jí)電感，直到電池 C20 與 C9 的比率低于 0.3。這表示變壓器應(yīng)具有的最小初級(jí)電感。這往往是最不難滿足的軟規(guī)范

估計(jì)內(nèi)核損耗為0.2W。變壓器供應(yīng)商選擇不同的鐵氧體和不同的磁芯進(jìn)行調(diào)整。變壓器供應(yīng)商在鐵氧體和磁芯方面的經(jīng)驗(yàn)對(duì)您來(lái)說(shuō)可能是最有價(jià)值的東西。

調(diào)整初級(jí)和次級(jí)電阻，大致與匝數(shù)比成比例，直到C39電池的變壓器耗散低于0.75W，C38電池中的MAX13256功耗低于1.0W。這些數(shù)字有點(diǎn)保守，因?yàn)樽儔浩鞴?yīng)商經(jīng)常試圖盡可能接近您為這些提供的任何內(nèi)容。

將這些規(guī)格提供給變壓器供應(yīng)商以供其審查，然后根據(jù)他們的反饋進(jìn)行調(diào)整。除了幫助您進(jìn)行設(shè)計(jì)外，變壓器供應(yīng)商還提供產(chǎn)品制造和測(cè)試質(zhì)量的價(jià)值。這尤其有價(jià)值，例如，當(dāng)您需要超過(guò)2.5kV的高隔離電平時(shí)。

使用“XFMR設(shè)計(jì)MAX13256”電子表格設(shè)計(jì)變壓器

如果您希望對(duì)電路進(jìn)行更多控制，可以創(chuàng)建初步變壓器設(shè)計(jì)供變壓器供應(yīng)商審查。指定使用的鐵氧體和磁芯，以及線規(guī)和每個(gè)繞組的匝數(shù)。即使您只計(jì)劃指定變壓器，創(chuàng)建初步設(shè)計(jì)也可以深入了解變壓器供應(yīng)商需要做出的權(quán)衡。

例如，為MAX13256設(shè)計(jì)一個(gè)變壓器，采用24V電源供電，提供9V/0.7A和5V/0.4A。該變壓器將有一個(gè)初級(jí)變壓器和兩個(gè)次級(jí)變壓器。

第一步是選擇鐵氧體材料。由于大多數(shù)設(shè)計(jì)使用MAX13256的內(nèi)部振蕩器，因此所選材料應(yīng)在255kHz至700kHz范圍內(nèi)正常工作。嘗試使用相對(duì)磁導(dǎo)率大于 1000、磁通密度大于 0.25 特斯拉的鐵氧體。參見(jiàn)圖 10。

讓我們?cè)囋嘚49鐵氧體材料3，然后使用數(shù)據(jù)手冊(cè)填寫(xiě)電子表格的鐵氧體部分。

圖 10.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的鐵氧體數(shù)據(jù)資料部分。

鐵氧體數(shù)據(jù)手冊(cè)上的峰值磁通密度，第 2 頁(yè)，符號(hào) BS，在 100°C 時(shí)為 400mT，輸入電池 C2。單元 C3 計(jì)算降額的最大通量。使用降額磁通量密度作為指導(dǎo)，幫助設(shè)置實(shí)際磁通量密度。檢查鐵氧體數(shù)據(jù)手冊(cè)第5頁(yè)左下角的“相對(duì)磁芯損耗與頻率的關(guān)系”圖，200mT曲線停止在200kHz。要在300kHz以上的頻率下使用這種材料，磁通密度應(yīng)限制在100mT或以下?？梢試L試各種通量密度。較高的磁通密度可降低導(dǎo)線損耗，而較低的磁通密度可降低磁芯損耗。

在本例中，選擇在單元格 C4 中輸入的 75mT。從同一圖表中，在500kHz時(shí)，100mT時(shí)的磁芯損耗約為700 kW/m^3，50mT時(shí)約為100 kW/m^3。幾何平均值約為 265，因此在單元 C5 中輸入 350kW/m^3 的磁芯損耗，超出部分是為了考慮可能在 500kHz 以上運(yùn)行。

第二步是選擇一個(gè)核心，在這種情況下，是Ferroxcube EP13?4.鐵氧體是使用的材料，而磁芯是物理形狀。在此數(shù)據(jù)手冊(cè)中，輸入電子表格核心部分中的值，如圖 11 所示。

圖 11.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的內(nèi)核數(shù)據(jù)資料部分

特定于內(nèi)核的參數(shù)可在內(nèi)核數(shù)據(jù)手冊(cè)第693頁(yè)的左上角找到。這些是橫截面積、有效長(zhǎng)度和磁芯的有效體積。窗口區(qū)域是允許纏繞電線的空間。對(duì)于此EP13內(nèi)核數(shù)據(jù)手冊(cè)，必須根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)第693頁(yè)的圖1進(jìn)行計(jì)算。窗口區(qū)域是核心數(shù)據(jù)手冊(cè)第693頁(yè)圖1底部插圖中的非陰影區(qū)域之一。

MLT，或Mean Length per T骨灰盒可以在第696頁(yè)找到。導(dǎo)線不直接纏繞在磁芯上，而是纏繞在線圈成型器上，線圈成型器確定與繞組相關(guān)的參數(shù)。

接下來(lái)，在電子表格中輸入所需的電壓和電流，如圖12所示。

圖 12.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的V和I部分

這些都取自電源電路的設(shè)計(jì)要求。參見(jiàn)圖 13。

圖 13.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的開(kāi)關(guān)頻率和峰值電流輸入

電子表格單元格C22是MAX13256內(nèi)部橋式開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻之和，即數(shù)據(jù)資料規(guī)格R哦和 R老.典型值為1.6Ω。對(duì)于最壞情況分析，將電池C22更改為2.5Ω。電子表格單元格 C20 是最小開(kāi)關(guān)頻率，單位為千赫茲。如果使用內(nèi)部振蕩器進(jìn)行時(shí)鐘，則此值為510kHz。對(duì)于外部時(shí)鐘，請(qǐng)?jiān)诖颂庉斎脒M(jìn)入CLK引腳的最低頻率。

為了防止過(guò)載和短路故障，MAX13256限制提供給變壓器初級(jí)的峰值電流。ITH上的電阻器負(fù)責(zé)設(shè)置此限流閾值。除非輸入電流需要更多限制，否則ITH引腳上的電阻應(yīng)為1kΩ，以保證500mA峰值電流限值。如果ITH電阻設(shè)置為高于1kΩ的值，則將編程電流限制輸入電池C23。否則，請(qǐng)使用默認(rèn)值 0.5A。

隨著初步工作結(jié)束，是時(shí)候選擇電線和匝數(shù)了。這是一個(gè)迭代過(guò)程。調(diào)整匝數(shù)和導(dǎo)線尺寸，直到找到有效的變壓器設(shè)計(jì)。增加匝數(shù)可降低磁芯中的峰值磁通量，從而降低磁芯損耗。然而，增加匝數(shù)也會(huì)迫使使用更小的導(dǎo)線尺寸以適應(yīng)所提供的空間，從而增加電阻和繞組損耗。

該過(guò)程從“MAX13256變壓器設(shè)計(jì)”電子表格的“用戶輪次”部分開(kāi)始，如圖14所示。

圖 14.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的用戶轉(zhuǎn)動(dòng)部分

請(qǐng)注意單元格 C30、C31 和 C32 中的值。這些是所需的最小轉(zhuǎn)彎數(shù)。我們首先將這些值分別輸入到單元格 C35、C36 和 C37 中，如圖 14 所示。單元格 D35、D36 和 D37 應(yīng)始終指示“良好”。如果其中一個(gè)或多個(gè)單元格顯示“沒(méi)有足夠的轉(zhuǎn)數(shù)”，則必須增加相應(yīng)的轉(zhuǎn)數(shù)。

我們繼續(xù)查看電子表格的“用戶線”部分。

圖 15.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的用戶導(dǎo)線部分

根據(jù)匝數(shù)和繞組允許面積，電子表格建議單元格 C51、C53 和 C55 中的線規(guī)。用戶可以調(diào)整這些。現(xiàn)在，只需將它們復(fù)制到單元格 C59、C60 和 C61 中，如圖 15 所示。如果單元格 D66 指示“過(guò)度填充”，則必須向上調(diào)整單元格 C59、C60 和 C61 中的條目，直到指示“良好”。

另一個(gè)需要注意的警告指示器是電池D86，如果設(shè)計(jì)在正常工作期間可能使MAX13256過(guò)載保護(hù)電路跳閘，則指示“PK電流過(guò)高”。這要么是因?yàn)槌跫?jí)匝數(shù)不足，要么是因?yàn)槟噲D轉(zhuǎn)換的功率超過(guò)MAX13256的能力。由于MAX13256的峰值電流限值為0.5A，輸送的功率必須始終小于電源電壓的一半。例如，采用24V電源時(shí)，MAX13256永遠(yuǎn)無(wú)法提供高達(dá)12W的功率。參見(jiàn)圖 16。

圖 16.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的輸出電壓部分

兩種常見(jiàn)的次級(jí)整流器拓?fù)淙鐖D3所示。對(duì)于全波整流器，輸出電壓降低兩個(gè)二極管壓降，而對(duì)于推挽整流器，輸出電壓僅降低一個(gè)二極管壓降。請(qǐng)查閱二極管數(shù)據(jù)手冊(cè)，確定每個(gè)二極管的預(yù)期正向偏置壓降。如果尚未選擇二極管，請(qǐng)?jiān)贑98和C103中輸入表1中建議的默認(rèn)值，然后在選擇特定二極管后替換更近的值。

請(qǐng)注意單元格 C99 和 C104 中的結(jié)果。這些是計(jì)算出的輸出電壓。我們得到的不是9V和5V，而是7.6V和4.4V。我們需要增加次級(jí)匝數(shù)以使這些電壓升高。

調(diào)整單元 C36 和 C37 中的實(shí)際次級(jí)匝數(shù)，直到這些電壓輕松超過(guò)要求。次級(jí)電路有 10 圈和 6 圈，最終得到 9.6V 和 5.4V。但是現(xiàn)在，單元格 D66 表示填充過(guò)多。在這種情況下，增加匝數(shù)會(huì)導(dǎo)致磁芯窗口區(qū)域中的導(dǎo)線過(guò)多。請(qǐng)注意圖 17 中電子表格中的新建議。

圖 17.新用戶線路建議。

單元格 D35、D36、D37、D66 或 D86 中未顯示警告。對(duì)于變壓器，初級(jí)變壓器有 22 匝 24 號(hào)線，9V 次級(jí)有 10 圈 22 號(hào)線，5V 次級(jí)有 6 圈 24 號(hào)線，我們可以預(yù)期在 0.7A 時(shí)大約為 9.6Vout（電池 C99），在 0.4A 時(shí)為 5.4Vout（電池 C104）。

電池 E105、F105 和 G105 估計(jì)功耗。在這種情況下，MAX13256耗散約半瓦，變壓器耗散約五分之一瓦，整流二極管耗散約1瓦。

圖 18.MAX13256變壓器設(shè)計(jì)電子表格的輸出電壓部分修正

最后一步是構(gòu)建變壓器，在工作臺(tái)上對(duì)電路進(jìn)行原型設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證電路運(yùn)行是否令人滿意。參見(jiàn)圖 18。

如果您正在考慮使用中心抽頭次級(jí)，請(qǐng)使用此電子表格，確保次級(jí)匝數(shù)和次級(jí)線規(guī)匹配。

結(jié)論

由于匝數(shù)比在決定輸出電壓時(shí)占有重要地位，因此必須注意找到適合MAX13256設(shè)計(jì)的變壓器。除了尋找專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于MAX13256的變壓器外，還可以找到滿足您需求的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。如果做不到這一點(diǎn)，可以指定或設(shè)計(jì)定制變壓器。有了本應(yīng)用筆記中介紹的基本信息和簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)程序，您就可以快速?gòu)母拍畹綄?shí)際工作電路，準(zhǔn)備在工作臺(tái)上進(jìn)行原型設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。

審核編輯：郭婷