浅谈脉冲驱动变压器

2016-09-21来源: ZLG致远电子关键字:变压器  容量  处理
在开关电源设计中,常常会用到驱动变压器来实现隔离、浮地、增大驱动能力等目的,是电源中非常重要的一部分,如果设计不好直接决定整个项目的成败,以及电源产品的品质好坏。
1、采用驱动变压器的原因
在开关电源设计中有较常用的电路拓扑:外驱BUCK、外驱BOOST、推挽、半桥、全桥、双管反激、双管正激等,这些电路拓扑中的开关管需要浮地、或互补、或同频同相同幅驱动,在手头只有较常规的单输出PWM控制芯片,又不想再增加成本引进新驱动芯片的情况下,采用驱动变压器是最好的选择,它不仅用作开关电源半导件元器件的驱动电脉冲(如功率MOSFET或IGBT),还可用作电压隔离和阻抗匹配。此外,在二次侧同步整流管的驱动电路也常常选择使用驱动变压器来实现他激驱动控制。其实大多数开关电源加驱动变压器的最主要目的是为了隔离和实现浮地,上管跟下管不共地时,IC只能直接推动下管,上管就必须隔离驱动了。其实,现在也有很多专用的隔离驱动IC,也可以获得和驱动变压器相近的效果,但是这种集成的隔离驱动IC有些明显的缺陷,就是导通和关断有很大的延迟、需要增加额外的驱动电源、以及设计难度大。而驱动变压器则不同,这种变压器耦合方式的优点是延迟非常低,无需增加额外的驱动电源,而且通过匝比设计,还可以在很高的压差下工作。相比于专用的隔离驱动IC,这种变压器驱动可设计的方式更多样,可以随时调整。

 图1 驱动变压器电路图
2、磁芯的选择
典型的脉冲驱动变压器一般多是用铁氧体磁心设计制造的,这样可以降低成本。高频条件下铁氧体具有很高电阻率,涡流损耗小,价格低,是高频变压器磁芯的首选,缺点是磁导率通常较低。常用磁心的外形大多数是EE、EER、ETD型。它们都是由“E”型磁心和相应的骨架组成。这些骨架可以采用表面安装法或通孔安装法装配。在有些情况下,也采用环形磁心设计制作驱动变压器,这样的优点是漏感很小,但磁环的绕制工艺比较麻烦由于是采用小磁环,所以必须要人工绕制,成本会增加。所以不同应用者:有的看性能、有的看价格、有的看性价比,不同的使用者关注点不一样。
3、驱动变压器的设计和关键参数分析
驱动变压器的计算可以参照正激的方式设计,初级匝数 ,通常情况下,匝比一般选择1:1即可。
在设计驱动变压器时,其关键电气参数中的两个参数(漏电感值和绕组电容量)是需要控制的。因为大的漏电感值和绕组电容量可能引起诸如相位漂移、时间误差、噪声和上冲等不合乎使用要求的输出信号。理想情况下,驱动变压器是不储存能量的。不过实际上驱动变压器还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域,这种能量表现为漏感和磁化电感。尽管MOS管驱动器变压器的平均功率很小,但是在开通和关闭的时候传递很高的电流,为了减少延迟,保证驱动的稳定、安全可靠,也为了抑制高频振荡,保持低漏感仍然是必须的。对于驱动变压器绕组的电容量我们希望其值小于100pF。布板的时候尽量让驱动靠近开关管,高频电流回路面积尽量做小,控制电路尽量远离高频回路。
我们知道绕组越接近磁心表面漏感越小,绕组匝数越少,越容易作到这点;另外磁心的电感系数越高、磁导率越高,导磁能力越好,漏感越小。所以大多驱动变压器、网络变压器都用高导材料来做。另外在一个变压器中分布电容和漏感是两个矛盾的参数,但是通过绕制方法可以折中处理。对于上升沿的时间和下降沿的时间,磁心材料尤其是绕制工艺是非常关键的。
     
图2 驱动变压器的微等效电路图
    从图2可以看出,负载等效转换后是和励磁电感并联的,我们所希望的是能量都加在负载上,那么最好是要求励磁电感无穷大最好,但是实际不可能的。驱动变压器这种本身功率并不是很大的情况,尤其要求励磁电感要大些,不然励磁电流大了,那么驱动变压器的效率就小了。驱动变压器、网络变压器等都属于弱信号类变压器,传输功率小、信号弱,这类变压器和大家最熟悉的开关电源功率类变压器差别较大,因此一定要区别对待。像这些弱信号变压器更加关注的是变压器波形的完整性,也就特别要关注微等效电路。相对开关电源功率类变压器,信号变压器更敏感,设计和工艺部分要求严格。
4、驱动变压器的绕制
驱动变压器主要作用是隔离驱动,将波形传递给需要浮地驱动的MOSFET,如果绕制工艺设计不好,会导致波形严重失真,造成很大的干扰,影响整个产品的效率与EMC。驱动变压器的电流并不大,一般对趋肤效应与临近效应考虑得不多,主要考虑的是耦合效果,也就是说对信号传递的不失真度和稳定性。绕组在弱耦合状态下会产生漏电感。绕组的匝数较多以及在制造过程中绕组的线匝排列不均匀时都将产生大的绕组电容量。在变压器的电气参数设计阶段和规范的制造过程中,可以保证漏感减至最小值。那接下来就以单端双管正激的驱动变压器为例,来说说其绕制方法。
       

 
图3这个是普通的初级-次级绕法。这样的变压器绕制工艺简单,绕组的用铜量少,成本低廉。但是缺点也明显,当用于传输的波形频率较高时,特别是大功率电源的驱动时,容易产生失真,上升沿与下降沿时间变长,且有明显的振荡。针对这样的情况,推荐使用次级包初级,初级包次级,三明治绕法等几种绕制方法来改进,如图4、图5和图6所示。
     

 
如果要采用磁环绕制,能在一层内绕完初次级的所有线圈是最好的,而且初次级圈数相等是漏感最小的,如果初次级圈数不等,也要让初次级都能均匀分布在整个窗口上。也就是说初级或者次级紧密排绕一层绕不满整个窗口,就要均匀分开绕,让初级和次级整个绕组刚好能排满整个窗口。实际不一定非要只绕一层,只要均匀排满整个窗口,就算初次级各占一层,漏感也不会太大,一般驱动也够用了,除非对驱动速度要求极高。
 

关键字:变压器  容量  处理

编辑:王凯 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/dygl/article_2016092126811.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:技术前沿:TI加快GaN技术的推广应用
下一篇:您的完备移动电源解决方案

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

技术文章:如何计算输入电容及DCM、CCM、QR变压器

,T3=t1+t2,t1为半个波头,时间比较好算,对于50Hz的交流来说,t1=5mS,然后就是计算t2,其实t2也很好计算,我们知道交流输入电压的公式为Vx=Vpksinθx,根据已知条件,Vx=103V,Vpk=127V,可以得到θx=54度,所以t2=54*10ms/180=3mS, T3=t1+t2=8mS。C=1.7*8/24=0.57mF=570uF变压器的设计过程变压器的设计分别按照DCM、CCM、QR两种方式进行计算,其实QR也是DCM的一种,不同的地方在于QR的工作频率是随着输入电压输出功率的变化而变化的。对于变压器磁芯的选择,比较常用的方法就是AP法,但经过多次具体设计及根据公司常用型号结合,一般可以直接
发表于 2019-06-28
技术文章:如何计算输入电容及DCM、CCM、QR变压器

用于3W以下的AC/DC汽车级隔离SMD变压器 ——TTLS03-15B-T系列

一、产品简介金升阳近期推出适用于3W的AC/DC隔离SMD变压器TTLS03-15B-T系列,满足AEC-Q200汽车级认证,隔离电压达3000VAC,EPC13骨架,允许表面工作温度-40℃ to +110℃,反激式变压器,具有小体积、高性价比的特点。TTLS03-15B-T系列可与MORNSUN SCM1702A高精度原边反馈控制IC配套使用,该组合实现具有多种保护功能及优越 EMI 性能的宽压输入反激式AC-DC电源设计。二、产品应用适用于消费类电子供电电源、工业设备供电等场合应用电路实例:三、产品特点      > 85 - 305VAC 宽输入电压范围> EPC13
发表于 2019-05-10
用于3W以下的AC/DC汽车级隔离SMD变压器 ——TTLS03-15B-T系列

适用于5W以下的AC/DC汽车级隔离直插式变压器 ——TTLDE05-20B-D系列

一、产品简介金升阳近期推出适用于5W的AC/DC隔离直插式变压器TTLDE05-20B-D系列,满足AEC-Q200汽车级认证,隔离电压高达4000VAC,EE10 骨架,允许表面工作温度-40℃ to +110℃,反激式变压器,具有小体积、高性价比的特点。TTLDE05-20B-D系列可与MORNSUN SCM1703A副边反馈控制IC配套使用,该组合实现具有多种保护功能及优越 EMI 性能的宽压输入反激式AC-DC电源设计。二、产品应用      适用于消费类电子供电电源、工业设备供电等场合应用电路实例:三、产品特点      > 85
发表于 2019-05-10
适用于5W以下的AC/DC汽车级隔离直插式变压器 ——TTLDE05-20B-D系列

小科普:电源模块源知识——漏感

什么是漏感漏感是电机初次级在耦合的过程中漏掉的那一部份磁通。变压器的漏感应该是线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈,因此产生漏磁的电感称为漏感。漏感在哪?虽然印制电路板上的印制导线以及变压器的引线端也是漏感的一部分,但大部分漏感在变压器原边侧绕组中,尤其是那些与副边侧绕组有耦合关系的原边侧绕组中。漏感是因为变压器一组线圈到另一组磁通量不完全耦合而产生的电感分量。任何初级线圈到次级线圈磁通量没有耦合的部分会表现出一个与初级串联的感性阻抗,因此在原理图中,漏感表示为在理想变压器初级线圈前端一个而外的电感。在特定应用中,如开关电源和照明整流器,变压器的漏感在产品设计中会产生重要的功能影响。因此,准确的漏感测量对于变压器制造商来说通常是
发表于 2019-04-01
小科普:电源模块源知识——漏感

Power Integrationstui推出全新磁隔离变压器

一站式解决方案可加速设计和认证中压和高压逆变器应用领域Power Integrations公司推出一系列磁隔离变压器,可为公司的 SCALE-iDriver™系列门极驱动器提供正确电压和功率。二者结合可提供简单稳定且具有成本效益的DC-DC变换器解决方案,无需进行额外电压调整,可降低系统成本并减少开发时间。此款SIT12xxI变压器和SCALE-iDriver IC已全面通过UL和VDE认证。 全新SIT12xxI 变压器采用创新型绝缘结构,可改善可靠性,结合低耦合电容的同时提供高绝缘性。设备适用于600 V和1200 V、具有5 V (SIT1253I)或15 V (SIT1217I)输入电压和25 V输出电压的双通道
发表于 2019-03-06
Power Integrationstui推出全新磁隔离变压器

电源模块的高低温性能如何保证

。其中MOS管常温不灌封实测的最高温度为85.5℃,然后采用热电偶配合数据采集仪对填充灌封胶的成品在高温条件下测试其各种情况下的温度,最高为97.2℃,对于最高温度为175℃的MOS管,其温度降额满足Ⅰ级降额,性能可谓是比较优异的。 3、降额设计 所谓的降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。将元器件进行降额使用使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值,具体降额等级可以参考《国家军用标准——元器件降额准则GJB/Z35-93》,一般可分成三个降额等级:  4、应力设计 对于电源模块的应力设计,重点关注场效应管(MOS管)、二极管、变压器、功率电感、电解电容、限流电阻
发表于 2019-02-28
电源模块的高低温性能如何保证

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved