目前市面上很多PC電源所用低成本拓?fù)?---雙管正激用的比較多，還有移相全橋、雙管反激等半橋或者是不對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?，那么?duì)于這種拓?fù)湮覀兯玫尿?qū)動(dòng)就會(huì)涉及到隔離驅(qū)動(dòng)器，涉及到隔離驅(qū)動(dòng)我們就不得不去關(guān)注隔離驅(qū)動(dòng)變壓器如何去設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)能力的大小取決于變壓器設(shè)計(jì)的是否合理，那么這篇文章就會(huì)舉例說(shuō)明隔離驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)方法。

 

移相全橋變換器的柵極驅(qū)動(dòng)變壓器將根據(jù)以下示意圖進(jìn)行設(shè)計(jì)：

 

 

在此示例中，板上PWM 控制器具有四個(gè)大電流輸出驅(qū)動(dòng)器。柵極驅(qū)動(dòng)變壓器設(shè)計(jì)基于以下信息：

 

fCLOCK=400kHz         時(shí)鐘頻率

fDRV=200kHz            驅(qū)動(dòng)變壓器工作頻率

DMAX=0.5                 驅(qū)動(dòng)變壓器最大占空比

VDRV=15V                 驅(qū)動(dòng)電壓

 

第一個(gè)任務(wù)是選擇磁芯尺寸。經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師可以根據(jù)以前的經(jīng)驗(yàn)為首次嘗試選擇合適的磁芯。但即便如此，就像解決所有磁性問(wèn)題一樣，柵極驅(qū)動(dòng)變壓器設(shè)計(jì)可能需要幾次迭代。對(duì)于此應(yīng)用，選擇了無(wú)氣隙的 Ferroxcube RM5/I 磁芯。材料的首選選擇是 3C94，因?yàn)樗诳捎眠x擇中具有最高的磁導(dǎo)率和在 200kHz處具有最低損耗。

 

Ae=24.8mm2，磁芯有效截面積

Ve=574mm3，磁芯體積

BSAT=0.35T，磁芯材質(zhì)磁飽和密度@100℃

AL=2µH/turns2，等效電感

 

BPEAK=0.1T，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的峰值磁通密度。請(qǐng)記住，在瞬態(tài)操作期間，由于占空比不均勻，變壓器的磁通可能會(huì)移動(dòng)。 通常，3:1 的余量是可取的。

 

?B=0.2T，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中的峰峰值磁通密度

 

在這些情況下，從數(shù)據(jù)表中查找鐵芯損耗。

 

PV=200kW/m3，3C94 磁芯在BPEAK=0.1T 和 200kHz 的有效體積功耗。（為了清除計(jì)算可將單位轉(zhuǎn)換至 0.2mW/mm3 ）

 

PCORE = PV ⋅Ve           

 

那么我們可以計(jì)算出磁芯損耗為：

 

 

RM5/I 內(nèi)核的功耗為 115mW，這是可以接受的。接下來(lái)，根據(jù)以下公式計(jì)算初級(jí)匝數(shù)：

 

 

接下來(lái)，選擇更高的整圈，NP=8 。由于該柵極驅(qū)動(dòng)變壓器不需要電壓調(diào)節(jié)，因此兩個(gè)次級(jí)繞組也有 8 匝。為了最小化漏感和交流繞組電阻，每個(gè)繞組應(yīng)僅占據(jù)單層。執(zhí)行繞組設(shè)計(jì)需要以下數(shù)據(jù)：

 

Ww=4.7mm        線圈架數(shù)據(jù)表中的繞組寬度。

 

MLT=24.9mm      平均匝長(zhǎng)也來(lái)自線圈架數(shù)據(jù)表。

 

考慮到終端N+1根線并排，對(duì)應(yīng)的線徑為：

 

 

根據(jù)美國(guó)線規(guī)表，最接近的較小直徑線徑是#25，其特征數(shù)據(jù)為：

 

dW=0.0199mils，重型（雙重隔離）公稱(chēng)直徑。(0.0199mils=0.506mm) 

 

ρW=32.37?/1000ft.，歸一化導(dǎo)線電阻。(32.37?/1000ft =0.1062m?/mm) 

 

直流繞線電阻：

 

Rw,dc= NP ⋅MLT⋅ Ww

 

 

接下來(lái)，按照以下步驟根據(jù) Dowell 曲線檢查交流電阻：

 

 

查找 Q=2.5 的 Dowell 曲線圖，單層曲線給出 RAC/RDC=3 的比值，因此繞組的交流電阻為 RAC=3⋅21.2mΩ=63.6mΩ，這是可以接受的。

 

最后一步是計(jì)算磁化電感和電流值：

 

 

基于磁通電流的有效值可以得到線損：

 

 

該結(jié)果表明繞組損耗在柵極驅(qū)動(dòng)變壓器中占比很小，幾乎可以忽略。高磁化電感和低繞組電阻是實(shí)現(xiàn)柵極驅(qū)動(dòng)波形低壓降的最關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。另請(qǐng)注意，銅損完全基于交流電阻，因?yàn)樵诶硐氲姆€(wěn)態(tài)運(yùn)行中，繞組中沒(méi)有直流電流。

 

最后，變壓器的繞組排列如下所示。初級(jí)靠近中心柱，然后是低側(cè)和高側(cè)繞組。所有繞組都在單層中。低側(cè)繞組用作天然屏蔽，防止信號(hào)接地和浮動(dòng)電路之間的寄生電容電流。

 

 

后續(xù)文章，我會(huì)根據(jù)前面所討論的一系列驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，放在一個(gè)具有參考地和浮動(dòng)地的有源鉗位電路中逐步設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路例子，更好的展示驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的過(guò)程和合理性。

（來(lái)源：星球號(hào)，作者：electronicLee）