脈沖變壓器電路,脈沖驅(qū)動變壓器電路設(shè)計-KIA MOS管

驅(qū)動變壓器電路圖

磁芯的選擇

典型的脈沖驅(qū)動變壓器一般多是用鐵氧體磁心設(shè)計制造的，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，價格低，是高頻變壓器磁芯的，缺點是磁導率通常較低。

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)計制作驅(qū)動變壓器，這樣的優(yōu)點是漏感很小，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，成本會增加。

驅(qū)動變壓器的設(shè)計和關(guān)鍵參數(shù)分析

驅(qū)動變壓器的計算可以參照正激的方式設(shè)計，初級匝數(shù)

通常情況下，匝比一般選擇1:1即可。

在設(shè)計驅(qū)動變壓器時，其關(guān)鍵電氣參數(shù)中的兩個參數(shù)(漏電感值和繞組電容量)是需要控制的。因為大的漏電感值和繞組電容量可能引起諸如相位漂移、時間誤差、噪聲和上沖等不合乎使用要求的輸出信號。

理想情況下，驅(qū)動變壓器是不儲存能量的。不過實際上驅(qū)動變壓器還是儲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)動器變壓器的平均功率很小，但是在開通和關(guān)閉的時候傳遞很高的電流，為了減少延遲，保證驅(qū)動的穩(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。

對于驅(qū)動變壓器繞組的電容量我們希望其值小于100pF。布板的時候盡量讓驅(qū)動靠近開關(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;另外磁心的電感系數(shù)越高、磁導率越高，導磁能力越好，漏感越小。所以大多驅(qū)動變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器都用高導材料來做。

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

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

驅(qū)動變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器等都屬于弱信號類變壓器，傳輸功率小、信號弱，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)別對待。

像這些弱信號變壓器更加關(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。相對開關(guān)電源功率類變壓器，信號變壓器更敏感，設(shè)計和工藝部分要求嚴格。

驅(qū)動變壓器的繞制

驅(qū)動變壓器主要作用是隔離驅(qū)動，將波形傳遞給需要浮地驅(qū)動的MOSFET，如果繞制工藝設(shè)計不好，會導致波形嚴重失真，造成很大的干擾，影響整個產(chǎn)品的效率與EMC。

驅(qū)動變壓器的電流并不大，一般對趨膚效應(yīng)與臨近效應(yīng)考慮得不多，主要考慮的是耦合效果，也就是說對信號傳遞的不失真度和穩(wěn)定性。繞組在弱耦合狀態(tài)下會產(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)動變壓器為例，繞制方法：

初級-次級繞法和次級包初級繞法

普通的初級-次級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。但是缺點也明顯，當用于傳輸?shù)牟ㄐ晤l率較高時，特別是大功率電源的驅(qū)動時，容易產(chǎn)生失真，上升沿與下降沿時間變長，且有明顯的振蕩。針對這樣的情況，推薦使用次級包初級，初級包次級，三明治繞法等幾種繞制方法來改進。

初級包次級繞法和三明治繞法

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

電路分析

如圖1，用隔離變壓器來驅(qū)動MOS，圖中電容C1261起什么作用呢？

答案是:變壓器的磁復位作用。

分析如下:

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

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剩磁，最終導致磁芯飽和。

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

而且在使用時加在變壓器原邊的驅(qū)動信號可能會出現(xiàn)偏差，尤其在批量生產(chǎn)時不能保證正負面積完全相等。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位電壓，如果沒有這個電容，會出現(xiàn)磁飽和。

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

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

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