單端正向勵磁干式變壓器分析

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在開關(guān)電源中，激勵電路非常重要，尤其是當(dāng)采用MOSFET作為主開關(guān)管時。激勵電路有時使用單端正向電路來激勵主開關(guān)管。如圖1所示，電路中采用勵磁干式變壓器實(shí)現(xiàn)電壓脈沖變換和隔離。勵磁干式變壓器在設(shè)計(jì)上與一般脈沖干式變壓器相似，但由于開關(guān)電源頻率高，脈沖間隙時間很短，占空比通常達(dá)到50%。此外，要求干式變壓器的磁性狀態(tài)必須在下一個脈沖到達(dá)之前復(fù)位。為了在脈沖間隔時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)磁復(fù)位，干式變壓器的純磁化電感不能太大，采用反饋繞組NP2和箝位二極管D1。反沖的幅度被有效地限制，場效應(yīng)晶體管V1被保護(hù)免受反沖電壓的擊穿。在不損壞V1的前提下，可以通過改變磁化電感和R1值來實(shí)現(xiàn)干式變壓器的磁復(fù)位。

反沖特性和磁復(fù)位分析

反沖特性和磁復(fù)位是儲存在磁芯中的磁場能量和儲存在干式變壓器等效電容中的電場能量被釋放的瞬態(tài)過程。

在脈沖開始下降的瞬間，脈沖源和負(fù)載相繼斷開，此時儲存在勵磁電感和電容中的能量開始放電，電容C通過R1 L放電。當(dāng)電容器儲存的電能全部放電后，電壓脈沖降至零，放電所需的時間稱為后沿時間。由于電路中電感的存在，電流不停止，電容被充回形成所謂的反沖電壓；電路分析表明，這種暫態(tài)過程的特性完全取決于并聯(lián)電路的參數(shù)，一般有三種狀態(tài)：欠阻尼振蕩、臨界阻尼振蕩和過阻尼振蕩。

三種振蕩形式的歸一化方程是：

臨界阻尼振蕩k1=1U1 (t)/U0=[1-(1 2)2 X1]

過阻尼振蕩k1 1公式：k1=/2R1為阻尼系數(shù)

=R1 p/L是反沖系數(shù)

X1=tb/T1是相對時間常數(shù)

Tb為磁復(fù)位時間T1=基于U1 (t)電壓方程，可以推導(dǎo)出干式變壓器磁恢復(fù)時間的表達(dá)式，但如果電路設(shè)計(jì)處于過阻尼狀態(tài)，則可以得到如下表達(dá)式：tb=L/R1 ln[10( R1 2C/L)]

干式變壓器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)在圖1所示的電路中，脈沖源和負(fù)載都是場效應(yīng)晶體管，它們的輸入電容很大，所以通常用來減小L以加速磁復(fù)位，但減小電感容易引起欠阻尼振蕩，嚴(yán)重時會導(dǎo)致V2場效應(yīng)晶體管的二次導(dǎo)通或截止不足，因此需要控制一次電感值，以保證干式變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)磁復(fù)位而不發(fā)生欠阻尼振蕩。

振蕩時，當(dāng)控制電感值不能達(dá)到滿意的效果時，可以調(diào)節(jié)次級并聯(lián)電阻R1；當(dāng)R1減少時，振蕩將消失，但恢復(fù)時間將延長。因此，電路和干式變壓器之間應(yīng)該有一個調(diào)節(jié)范圍，以確保干式變壓器的磁狀態(tài)將被重置而不會振蕩。較好的狀態(tài)應(yīng)該是臨界狀態(tài)，但是很難設(shè)計(jì)出工作在臨界狀態(tài)的電路。

(2)在設(shè)計(jì)單端正向勵磁干式變壓器時，鐵芯的選擇也很重要，一般要求鐵芯具有較高的磁通密度增量

B值、較小的鐵心損耗和較低的脈沖磁導(dǎo)率可用于激勵干式變壓器。鐵芯材料有鐵氧體、鐵基非晶、1J6721、1J34Kh等。頻率高的時候可以用鐵氧體罐芯，頻率低的時候可以用鐵基非晶，1J6721，1J34Kh等芯。

(3)反饋繞組的設(shè)計(jì)主要取決于V1耐壓，但反饋繞組的匝數(shù)應(yīng)滿足以下關(guān)系：

上升pmax (Np1/Np2)上升(T- pmax)

反饋繞組的電流基本上等于磁化電流，一般只有一次電流的50%，有些與一次電流相似，主要取決于工作磁通密度

以上幾點(diǎn)是設(shè)計(jì)單端正向勵磁干式變壓器的要點(diǎn)。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮高頻集膚效應(yīng)對導(dǎo)體電阻的影響，防止干式變壓器瞬時飽和，降低漏電感，這些問題的計(jì)算和分析可參考一般脈沖干式變壓器的設(shè)計(jì)。

設(shè)計(jì)示例

(1)指標(biāo)要求為：Ec1=15V，R1=51，IL=1A，C=4500F，NP1/NS=2，F(xiàn)=46 ~ 100 kHz，一次隔離電位：脈沖560V，DC280V，占空比34%。

(2)設(shè)計(jì)結(jié)果：以gu18 11為核心，np1=np2=16匝，Ns=8匝，l =0.45mh，TB=8.27 SNP 1/Ns=np2/Ns=2；它在電路中正常工作。

來源：互聯(lián)網(wǎng)