隔離驅動變壓器設計
發布時間:2021-07-28 責任編輯:lina
【導讀】目前市麵上很多PC電源所用低成本拓撲----雙管正激用的比較多,還有移相全橋、雙(shuang)管(guan)反(fan)激(ji)等(deng)半(ban)橋(qiao)或(huo)者(zhe)是(shi)不(bu)對(dui)稱(cheng)半(ban)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu),那(na)麼(me)對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)拓(tuo)撲(pu)我(wo)們(men)所(suo)用(yong)的(de)驅(qu)動(dong)就(jiu)會(hui)涉(she)及(ji)到(dao)隔(ge)離(li)驅(qu)動(dong)器(qi),涉(she)及(ji)到(dao)隔(ge)離(li)驅(qu)動(dong)我(wo)們(men)就(jiu)不(bu)得(de)不(bu)去(qu)關(guan)注(zhu)隔(ge)離(li)驅(qu)動(dong)變壓器如何去設計,驅動能力的大小取決於變壓器設計的是否合理,那麼這篇文章就會舉例說明隔離驅動變壓器的設計方法。
目前市麵上很多PC電源所用低成本拓撲----雙管正激用的比較多,還有移相全橋、雙shuang管guan反fan激ji等deng半ban橋qiao或huo者zhe是shi不bu對dui稱cheng半ban橋qiao拓tuo撲pu,那na麼me對dui於yu這zhe種zhong拓tuo撲pu我wo們men所suo用yong的de驅qu動dong就jiu會hui涉she及ji到dao隔ge離li驅qu動dong器qi,涉she及ji到dao隔ge離li驅qu動dong我wo們men就jiu不bu得de不bu去qu關guan注zhu隔ge離li驅qu動dong變bian壓ya器qi如ru何he去qu設she計ji,驅qu動dong能neng力li的de大da小xiao取qu決jue於yu變bian壓ya器qi設she計ji的de是shi否fou合he理li,那na麼me這zhe篇pian文wen章zhang就jiu會hui舉ju例li說shuo明ming隔ge離li驅qu動dong變bian壓ya器qi的de設she計ji方fang法fa。
移相全橋變換器的柵極驅動變壓器將根據以下示意圖進行設計:

在此示例中,板上PWM 控製器具有四個大電流輸出驅動器。柵極驅動變壓器設計基於以下信息:
fCLOCK=400kHz 時鍾頻率
fDRV=200kHz 驅動變壓器工作頻率
DMAX=0.5 驅動變壓器最大占空比
VDRV=15V 驅動電壓
第(di)一(yi)個(ge)任(ren)務(wu)是(shi)選(xuan)擇(ze)磁(ci)芯(xin)尺(chi)寸(cun)。經(jing)驗(yan)豐(feng)富(fu)的(de)設(she)計(ji)師(shi)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)以(yi)前(qian)的(de)經(jing)驗(yan)為(wei)首(shou)次(ci)嚐(chang)試(shi)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)磁(ci)芯(xin)。但(dan)即(ji)便(bian)如(ru)此(ci),就(jiu)像(xiang)解(jie)決(jue)所(suo)有(you)磁(ci)性(xing)問(wen)題(ti)一(yi)樣(yang),柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)變(bian)壓(ya)器(qi)設(she)計(ji)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)幾(ji)次(ci)迭(die)代(dai)。對(dui)於(yu)此(ci)應(ying)用(yong),選(xuan)擇(ze)了(le)無(wu)氣(qi)隙(xi)的(de) Ferroxcube RM5/I 磁芯。材料的首選選擇是 3C94,因為它在可用選擇中具有最高的磁導率和在 200kHz處具有最低損耗。
Ae=24.8mm2,磁芯有效截麵積
Ve=574mm3,磁芯體積
BSAT=0.35T,磁芯材質磁飽和密度@100℃
AL=2µH/turns2,等效電感
BPEAK=0.1T,穩態運行時的峰值磁通密度。請記住,在瞬態操作期間,由於占空比不均勻,變壓器的磁通可能會移動。 通常,3:1 的餘量是可取的。
∆B=0.2T,穩態運行中的峰峰值磁通密度
在這些情況下,從數據表中查找鐵芯損耗。
PV=200kW/m3,3C94 磁芯在BPEAK=0.1T 和 200kHz 的有效體積功耗。(為了清除計算可將單位轉換至 0.2mW/mm3 )
PCORE = PV ⋅Ve
那麼我們可以計算出磁芯損耗為:

RM5/I 內核的功耗為 115mW,這是可以接受的。接下來,根據以下公式計算初級匝數:

接下來,選擇更高的整圈,NP=8 。由於該柵極驅動變壓器不需要電壓調節,因此兩個次級繞組也有 8 匝。為了最小化漏感和交流繞組電阻,每個繞組應僅占據單層。執行繞組設計需要以下數據:
Ww=4.7mm 線圈架數據表中的繞組寬度。
MLT=24.9mm 平均匝長也來自線圈架數據表。
考慮到終端N+1根線並排,對應的線徑為:

根據美國線規表,最接近的較小直徑線徑是#25,其特征數據為:
dW=0.0199mils,重型(雙重隔離)公稱直徑。(0.0199mils=0.506mm)
ρW=32.37Ω/1000ft.,歸一化導線電阻。(32.37Ω/1000ft =0.1062mΩ/mm)
直流繞線電阻:
Rw,dc= NP ⋅MLT⋅ Ww
接下來,按照以下步驟根據 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。
最後一步是計算磁化電感和電流值:

基於磁通電流的有效值可以得到線損:

該(gai)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)繞(rao)組(zu)損(sun)耗(hao)在(zai)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)變(bian)壓(ya)器(qi)中(zhong)占(zhan)比(bi)很(hen)小(xiao),幾(ji)乎(hu)可(ke)以(yi)忽(hu)略(lve)。高(gao)磁(ci)化(hua)電(dian)感(gan)和(he)低(di)繞(rao)組(zu)電(dian)阻(zu)是(shi)實(shi)現(xian)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)波(bo)形(xing)低(di)壓(ya)降(jiang)的(de)最(zui)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)參(can)數(shu)。另(ling)請(qing)注(zhu)意(yi),銅(tong)損(sun)完(wan)全(quan)基(ji)於(yu)交(jiao)流(liu)電(dian)阻(zu),因(yin)為(wei)在(zai)理(li)想(xiang)的(de)穩(wen)態(tai)運(yun)行(xing)中(zhong),繞(rao)組(zu)中(zhong)沒(mei)有(you)直(zhi)流(liu)電(dian)流(liu)。
zuihou,bianyaqideraozupailieruxiasuoshi。chujikaojinzhongxinzhu,ranhoushidicehegaoceraozu。suoyouraozudouzaidancengzhong。diceraozuyongzuotianranpingbi,fangzhixinhaojiedihefudongdianluzhijiandejishengdianrongdianliu。

後hou續xu文wen章zhang,我wo會hui根gen據ju前qian麵mian所suo討tao論lun的de一yi係xi列lie驅qu動dong設she計ji問wen題ti,放fang在zai一yi個ge具ju有you參can考kao地di和he浮fu動dong地di的de有you源yuan鉗qian位wei電dian路lu中zhong逐zhu步bu設she計ji驅qu動dong電dian路lu例li子zi,更geng好hao的de展zhan示shi驅qu動dong電dian路lu設she計ji的de過guo程cheng和he合he理li性xing。
(來源:星球號,作者:electronicLee)
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