脈沖變壓器電路,脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器電路設(shè)計(jì)-KIA MOS管

驅(qū)動(dòng)變壓器電路圖

磁芯的選擇

典型的脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器一般多是用鐵氧體磁心設(shè)計(jì)制造的，這樣可以降低成本。高頻條件下鐵氧體具有很高電阻率，渦流損耗小，價(jià)格低，是高頻變壓器磁芯的，缺點(diǎn)是磁導(dǎo)率通常較低。

常用磁心的外形大多數(shù)是EE、EER、ETD型。它們都是由“E”型磁心和相應(yīng)的骨架組成。這些骨架可以采用表面安裝法或通孔安裝法裝配。在有些情況下，也采用環(huán)形磁心設(shè)計(jì)制作驅(qū)動(dòng)變壓器，這樣的優(yōu)點(diǎn)是漏感很小，但磁環(huán)的繞制工藝比較麻煩由于是采用小磁環(huán)，所以必須要人工繞制，成本會(huì)增加。

驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵參數(shù)分析

驅(qū)動(dòng)變壓器的計(jì)算可以參照正激的方式設(shè)計(jì)，初級(jí)匝數(shù)

通常情況下，匝比一般選擇1:1即可。

在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)變壓器時(shí)，其關(guān)鍵電氣參數(shù)中的兩個(gè)參數(shù)(漏電感值和繞組電容量)是需要控制的。因?yàn)榇蟮穆╇姼兄岛屠@組電容量可能引起諸如相位漂移、時(shí)間誤差、噪聲和上沖等不合乎使用要求的輸出信號(hào)。

理想情況下，驅(qū)動(dòng)變壓器是不儲(chǔ)存能量的。不過實(shí)際上驅(qū)動(dòng)變壓器還是儲(chǔ)存了少量能量在線圈和磁芯的氣隙形成的磁場區(qū)域，這種能量表現(xiàn)為漏感和磁化電感。

盡管MOS管驅(qū)動(dòng)器變壓器的平均功率很小，但是在開通和關(guān)閉的時(shí)候傳遞很高的電流，為了減少延遲，保證驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定、安全可靠，也為了抑制高頻振蕩，保持低漏感仍然是必須的。

對(duì)于驅(qū)動(dòng)變壓器繞組的電容量我們希望其值小于100pF。布板的時(shí)候盡量讓驅(qū)動(dòng)靠近開關(guān)管，高頻電流回路面積盡量做小，控制電路盡量遠(yuǎn)離高頻回路。

我們知道繞組越接近磁心表面漏感越小，繞組匝數(shù)越少，越容易作到這點(diǎn);另外磁心的電感系數(shù)越高、磁導(dǎo)率越高，導(dǎo)磁能力越好，漏感越小。所以大多驅(qū)動(dòng)變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器都用高導(dǎo)材料來做。

另外在一個(gè)變壓器中分布電容和漏感是兩個(gè)矛盾的參數(shù)，但是通過繞制方法可以折中處理。對(duì)于上升沿的時(shí)間和下降沿的時(shí)間，磁心材料尤其是繞制工藝是非常關(guān)鍵的。

驅(qū)動(dòng)變壓器這種本身功率并不是很大的情況，尤其要求勵(lì)磁電感要大些，不然勵(lì)磁電流大了，那么驅(qū)動(dòng)變壓器的效率就小了。

驅(qū)動(dòng)變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器等都屬于弱信號(hào)類變壓器，傳輸功率小、信號(hào)弱，這類變壓器和大家熟悉的開關(guān)電源功率類變壓器差別較大，因此一定要區(qū)別對(duì)待。

像這些弱信號(hào)變壓器更加關(guān)注的是變壓器波形的完整性，也就特別要關(guān)注微等效電路。相對(duì)開關(guān)電源功率類變壓器，信號(hào)變壓器更敏感，設(shè)計(jì)和工藝部分要求嚴(yán)格。

驅(qū)動(dòng)變壓器的繞制

驅(qū)動(dòng)變壓器主要作用是隔離驅(qū)動(dòng)，將波形傳遞給需要浮地驅(qū)動(dòng)的MOSFET，如果繞制工藝設(shè)計(jì)不好，會(huì)導(dǎo)致波形嚴(yán)重失真，造成很大的干擾，影響整個(gè)產(chǎn)品的效率與EMC。

驅(qū)動(dòng)變壓器的電流并不大，一般對(duì)趨膚效應(yīng)與臨近效應(yīng)考慮得不多，主要考慮的是耦合效果，也就是說對(duì)信號(hào)傳遞的不失真度和穩(wěn)定性。繞組在弱耦合狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生漏電感。繞組的匝數(shù)較多以及在制造過程中繞組的線匝排列不均勻時(shí)都將產(chǎn)生大的繞組電容量。在變壓器的電氣參數(shù)設(shè)計(jì)階段和規(guī)范的制造過程中，可以保證漏感減至值。

單端雙管正激的驅(qū)動(dòng)變壓器為例，繞制方法：

初級(jí)-次級(jí)繞法和次級(jí)包初級(jí)繞法

普通的初級(jí)-次級(jí)繞法這樣的變壓器繞制工藝簡單，繞組的用銅量少，成本低廉。但是缺點(diǎn)也明顯，當(dāng)用于傳輸?shù)牟ㄐ晤l率較高時(shí)，特別是大功率電源的驅(qū)動(dòng)時(shí)，容易產(chǎn)生失真，上升沿與下降沿時(shí)間變長，且有明顯的振蕩。針對(duì)這樣的情況，推薦使用次級(jí)包初級(jí)，初級(jí)包次級(jí)，三明治繞法等幾種繞制方法來改進(jìn)。

初級(jí)包次級(jí)繞法和三明治繞法

如果要采用磁環(huán)繞制，能在一層內(nèi)繞完初次級(jí)的所有線圈是的，而且初次級(jí)圈數(shù)相等是漏感的，如果初次級(jí)圈數(shù)不等，也要讓初次級(jí)都能均勻分布在整個(gè)窗口上。也就是說初級(jí)或者次級(jí)緊密排繞一層繞不滿整個(gè)窗口，就要均勻分開繞，讓初級(jí)和次級(jí)整個(gè)繞組剛好能排滿整個(gè)窗口。實(shí)際不一定非要只繞一層，只要均勻排滿整個(gè)窗口，就算初次級(jí)各占一層，漏感也不會(huì)太大，一般驅(qū)動(dòng)也夠用了，除非對(duì)驅(qū)動(dòng)速度要求極高。

電路分析

如圖1，用隔離變壓器來驅(qū)動(dòng)MOS，圖中電容C1261起什么作用呢？

答案是:變壓器的磁復(fù)位作用。

分析如下:

變壓器耦合優(yōu)點(diǎn)是延遲非常低，可以在很高的壓差下工作。因此驅(qū)動(dòng)大功率的MOS管一般會(huì)采用變壓器隔離的方式。也有用IC來驅(qū)動(dòng)的。

法拉第定律規(guī)定，變壓器繞組的平均功率必須為零。即使是很小的直流分量可能會(huì)剩磁，最終導(dǎo)致磁芯飽和。

使用隔離變壓器之后，變壓器磁芯如何在每個(gè)脈動(dòng)工作磁通之后都能恢復(fù)到磁通起始值，這是產(chǎn)生的新問題，稱為去磁復(fù)位問題。因?yàn)榫€圈通過的是單向脈動(dòng)激磁電流，如果沒有每個(gè)周期都作用的去磁環(huán)節(jié)，剩磁通的累加可能導(dǎo)致出現(xiàn)飽和。這時(shí)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電流很大；斷開時(shí)，過電壓很高，導(dǎo)致開關(guān)器件的損壞。

而且在使用時(shí)加在變壓器原邊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)偏差，尤其在批量生產(chǎn)時(shí)不能保證正負(fù)面積完全相等。所以需要在電路中串聯(lián)電容C，作用是為磁化的磁芯提供復(fù)位電壓，如果沒有這個(gè)電容，會(huì)出現(xiàn)磁飽和。

在電容前端也可以串接一個(gè)R ，作用是為了防止占空比突然變化形成LC震蕩，因此可以加電阻進(jìn)行緩解，不過本設(shè)計(jì)中并未使用。

電路中所設(shè)計(jì)的R D的作用也是磁復(fù)位的目的，類似于單端反激中的RCD吸收。

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