变换器设计工具

选择拓扑（topology），并给出输入电压范围、输出电压、满载功率、须保持 CCM 的最轻负载、开关频率和两个纹波目标。设计工具给出：

• 占空比（duty ratio）范围；
• 满足电流纹波目标的电感，以及使最轻负载仍保持 CCM 的电感；
• 满足电压纹波目标的输出电容；
• 输入范围内最坏情况下的纹波、峰值电流以及开关管和二极管的电压；
• 占空比范围内 $K$ 与 $K_\mathrm{crit}$ 的比较。

每个结果都注明其所依据的目录公式。结果下方的链接用设计出的元件参数，在输入范围的两端打开仿真器，以便在时域中检验设计；其中的元件都是理想的，只有反激变换器的二极管压降除外。另一些链接在同样的两点打开损耗预算，开关管和二极管数据取其示例中的值，不含磁芯数据，因为设计工具不选择磁芯。

设计方法

设计工具考察覆盖整个输入范围的一组输入电压网格点，以及范围内某个量达到峰值的各点，并对每个结果取其最坏情况。它只使用目录中的公式。需要将某个公式对其输入之一（占空比、电感或电容）求解时，它对目录自身的求值函数（evaluator）用二分法（bisection）求出该值，因此工具与理论页面的结果必然一致。

1. 占空比。在每个输入电压下，将 CCM 电压变换比（conversion ratio）对 $D$ 求解：降压、升压、升降压、反激和正激。对反激变换器，二极管压降叠加在输出电压上，与临界输入电压（critical input voltage）所依据的伏秒平衡（volt-second balance）中一样。
2. 满足纹波目标的电感。满载时的平均电感电流（降压、升压、升降压，以及反激变换器的励磁电流）乘以纹波目标，得到允许的纹波；再将纹波公式（降压、升压、升降压、反激、正激）对电感求解。正激变换器的输出级是输入为 $n V_g$ 的降压变换器，因此其输出电感流过负载电流 [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 6]。
3. 最轻负载下保持 CCM 的电感。取占空比范围内最大的 $K_\mathrm{crit}$（降压与正激、升压、升降压、反激），求最轻负载下的临界电感。对反激变换器，在同一输出电流下，二极管压降同样叠加在输出电压上，因此这里的负载取在输出电压加二极管压降下吸取该电流的负载；若直接用负载本身，求得的临界值会偏低。
4. 采用的电感。若未直接输入电感，取以上两者中的较大者。用该电感求出满载和最轻负载下的 $K$（定义；反激变换器采用第 3 步的负载），并在图中与 $K_\mathrm{crit}$ 比较：$K$ 位于曲线上方时，变换器工作在 CCM。
5. 纹波与应力。求出采用该电感时的纹波、峰值电流以及开关管电压（降压、升压、升降压、反激、正激）。在降压、升压和升降压变换器中，二极管阻断（blocking）的电压与开关管相同 [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 6]；反激变换器的二极管阻断其自身的反向电压。
6. 输出电容。将电压纹波公式对 $C$ 求解：降压与正激、升压、升降压、反激。

对正激变换器，工具还检查占空比是否超过磁复位限制。

纹波目标

两个目标都是按纹波峰峰值的一半计算的比值，这是公式目录的约定 [Erickson & Maksimović 2020, Ch. 2]：电流目标是电感电流纹波与满载平均电感电流（反激变换器为励磁电流）之比，电压目标是输出电压纹波与输出电压之比。

局限性

• 理想元件。开关管、二极管（反激变换器的二极管压降除外）、电感和电容都是理想的。电容的串联电阻会产生其自身的纹波（ESR 纹波），因此这里求得的电容是下限。
• 只适用于 CCM 设计。占空比和纹波都以 CCM 为前提，电感也按 CCM 确定；设计为工作在 DCM 的变换器（例如 DCM 反激变换器）不在此确定参数。在满载工作于 DCM 的范围内，设计工具会指出这一点，该处适用的是 DCM 公式。
• 不在此确定的内容。不检查额定值和热限制，也不设计正激变换器的励磁电感和复位绕组。应在仿真器中检验设计，并用损耗预算估算其损耗。

截图

载入降压变换器示例规格的变换器设计工具。