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ZHCABO8A February 2022 – March 2023 LM5157 , LM5157-Q1 , LM51571-Q1 , LM5158 , LM5158-Q1 , LM51581 , LM51581-Q1

3.2.2 初级绕组电感选型

初级绕组电感值的选择主要考虑三个参数：初级绕组电流纹波比 (IL_RR)、变压器电流下降斜率和 RHPZ 频率 (ω_{Z_RHP})。在这三个参数之间找到平衡有助于简化设计过程的其余部分。

选择初级绕组纹波电流纹波比来平衡变压器的铜损耗和铁损耗。随着相对纹波电流的增加；铁损耗增加，铜损耗减少。
变压器电流的下降斜率应该足够小，以防止在占空比大于 50% 的应用中出现次谐波振荡。初级绕组的电感值越大，下降斜率越小。LM5157x/LM5158x 为这些应用提供固定的内部斜率补偿以及可编程的斜率补偿。
右半平面零位应置于高频处，允许控制环路有更高的交叉频率。随着初级绕组的相对电感值减小，右半平面零频率增加。

最大纹波比在 30% 和 70% 之间可以很好地平衡变压器的总功率损耗，使变压器电流的下降斜率与内部斜率补偿相匹配，并增加右半平面零频率。电感电流的最大纹波比设置为 60%。在 CCM 操作中，当电源电压处于最大值时，会出现最大初级绕组纹波电流。对于此应用，我们在最小输入电压下选择 CCM，在更高电压范围下选择 DCM。CCM 操作的初级绕组电感值使用方程式 6 进行计算。

方程式 6.

L_{M_c a l c} = \frac{{N_{P}}^{2} \times {V_{S U P P L Y}}^{2} \times {V_{L O A D}}^{2}}{I L_{R R} \times f_{S W} \times P_{O U T_t o t a l} \times {(N_{S} \times V_{S U P P L Y} + N_{P} \times |V_{L O A D}|)}^{2}}

L_{M_c a l c} = \frac{1^{2} \times {8 V}^{2} \times {10 V}^{2}}{0.6 \times 250 k H z \times 8.5 W \times {(1.2 \times 8 V + 1 \times 10 V)}^{2}} = 13.1 µ H

其中

IL_RR 为纹波比
V_SUPPLY 是最小电源电压
P_{OUT_total} 是反激式稳压器提供的最大功率

初级绕组电感选择为 8µH。初级绕组纹波电流和初级绕组峰值电流分别使用方程式 7 和方程式 8 计算。峰值初级绕组电流出现在最小电源电压处。

方程式 7.

Δ {I L}_{M} = \frac{V_{S U P P L Y_m i n} \times D}{L_{M} \times f_{S W}} = \frac{8 V \times 0.51}{8 µ H \times 250 k H z} = 2.04 A

方程式 8.

{I L}_{P E A K} = \frac{P_{O U T_t o t a l}}{V_{S U P P L Y_m i n} \times D} + \frac{Δ {I L}_{M}}{2} = \frac{8.5 W}{8 V \times 0.51} + \frac{2.04 A}{2} = 3.10 A

IL_PEAK 用于正确调整电流检测电阻的大小。表 3-1 汇总了所选变压器的主要参数。

表 3-1 选择变压器参数

参数	值
匝数比 (N_P:N_S1:N_S2:N_S3:N_S4)	1:1.2:2.4:2.4:2.4 (5:6:12:12:12)
初级绕组电感 (L_M)	8µH
初级绕组饱和电流 (I_SAT)	5.5A