【導讀】目前市面上很多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、雙管反激等半橋或者是不對稱(chēng)半橋拓撲，那么對于這種拓撲我們所用的驅動(dòng)就會(huì )涉及到隔離驅動(dòng)器，涉及到隔離驅動(dòng)我們就不得不去關(guān)注隔離驅動(dòng)變壓器如何去設計，驅動(dòng)能力的大小取決于變壓器設計的是否合理，那么這篇文章就會(huì )舉例說(shuō)明隔離驅動(dòng)變壓器的設計方法。
目前市面上很多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、雙管反激等半橋或者是不對稱(chēng)半橋拓撲，那么對于這種拓撲我們所用的驅動(dòng)就會(huì )涉及到隔離驅動(dòng)器，涉及到隔離驅動(dòng)我們就不得不去關(guān)注隔離驅動(dòng)變壓器如何去設計，驅動(dòng)能力的大小取決于變壓器設計的是否合理，那么這篇文章就會(huì )舉例說(shuō)明隔離驅動(dòng)變壓器的設計方法。
移相全橋變換器的柵極驅動(dòng)變壓器將根據以下示意圖進(jìn)行設計：
在此示例中，板上PWM 控制器具有四個(gè)大電流輸出驅動(dòng)器。柵極驅動(dòng)變壓器設計基于以下信息：
fCLOCK=400kHz 時(shí)鐘頻率
fDRV=200kHz 驅動(dòng)變壓器工作頻率
DMAX=0.5 驅動(dòng)變壓器最大占空比
VDRV=15V 驅動(dòng)電壓
第一個(gè)任務(wù)是選擇磁芯尺寸。經(jīng)驗豐富的設計師可以根據以前的經(jīng)驗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，柵極驅動(dòng)變壓器設計可能需要幾次迭代。對于此應用，選擇了無(wú)氣隙的 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，穩態(tài)運行時(shí)的峰值磁通密度。請記住，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，穩態(tài)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
那么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(lái)，根據以下公式計算初級匝數：
接下來(lái)，選擇更高的整圈，NP=8 。由于該柵極驅動(dòng)變壓器不需要電壓調節，因此兩個(gè)次級繞組也有 8 匝。為了最小化漏感和交流繞組電阻，每個(gè)繞組應僅占據單層。執行繞組設計需要以下數據：
Ww=4.7mm 線(xiàn)圈架數據表中的繞組寬度。
MLT=24.9mm 平均匝長(cháng)也來(lái)自線(xiàn)圈架數據表。
考慮到終端N+1根線(xiàn)并排，對應的線(xiàn)徑為：
根據美國線(xiàn)規表，最接近的較小直徑線(xiàn)徑是#25，其特征數據為：
dW=0.0199mils，重型（雙重隔離）公稱(chēng)直徑。(0.0199mils=0.506mm)
ρW=32.37?/1000ft.，歸一化導線(xiàn)電阻。(32.37?/1000ft =0.1062m?/mm)
直流繞線(xiàn)電阻：
Rw,dc= NP ⋅MLT⋅ Ww
接下來(lái)，按照以下步驟根據 Dowell 曲線(xiàn)檢查交流電阻：
查找 Q=2.5 的 Dowell 曲線(xiàn)圖，單層曲線(xiàn)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。
最后一步是計算磁化電感和電流值：
基于磁通電流的有效值可以得到線(xiàn)損：
該結果表明繞組損耗在柵極驅動(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)現柵極驅動(dòng)波形低壓降的最關(guān)鍵設計參數。另請注意，銅損完全基于交流電阻，因為在理想的穩態(tài)運行中，繞組中沒(méi)有直流電流。
最后，變壓器的繞組排列如下所示。初級靠近中心柱，然后是低側和高側繞組。所有繞組都在單層中。低側繞組用作天然屏蔽，防止信號接地和浮動(dòng)電路之間的寄生電容電流。
后續文章，我會(huì )根據前面所討論的一系列驅動(dòng)設計問(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計驅動(dòng)電路例子，更好的展示驅動(dòng)電路設計的過(guò)程和合理性。
（來(lái)源：星球號，作者：electronicLee）
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