【導(dǎo)讀】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稱半橋拓?fù)?，那么對于這種拓?fù)湮覀兯玫尿?qū)動就會涉及到隔離驅(qū)動器，涉及到隔離驅(qū)動我們就不得不去關(guān)注隔離驅(qū)動變壓器如何去設(shè)計(jì)，驅(qū)動能力的大小取決于變壓器設(shè)計(jì)的是否合理，那么這篇文章就會舉例說明隔離驅(qū)動變壓器的設(shè)計(jì)方法。
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稱半橋拓?fù)?，那么對于這種拓?fù)湮覀兯玫尿?qū)動就會涉及到隔離驅(qū)動器，涉及到隔離驅(qū)動我們就不得不去關(guān)注隔離驅(qū)動變壓器如何去設(shè)計(jì)，驅(qū)動能力的大小取決于變壓器設(shè)計(jì)的是否合理，那么這篇文章就會舉例說明隔離驅(qū)動變壓器的設(shè)計(jì)方法。
移相全橋變換器的柵極驅(qū)動變壓器將根據(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)動器。柵極驅(qū)動變壓器設(shè)計(jì)基于以下信息：
fCLOCK=400kHz 時(shí)鐘頻率
fDRV=200kHz 驅(qū)動變壓器工作頻率
DMAX=0.5 驅(qū)動變壓器最大占空比
VDRV=15V 驅(qū)動電壓
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題一樣，柵極驅(qū)動變壓器設(shè)計(jì)可能需要幾次迭代。對于此應(yīng)用，選擇了無氣隙的 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移動。 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，根據(jù)以下公式計(jì)算初級匝數(shù)：
接下來，選擇更高的整圈，NP=8 。由于該柵極驅(qū)動變壓器不需要電壓調(diào)節(jié)，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(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 平均匝長也來自線圈架數(shù)據(jù)表。
考慮到終端N+1根線并排，對應(yīng)的線徑為：
根據(jù)美國線規(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，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)動波形低壓降的最關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。另請注意，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(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，防止信號接地和浮動電路之間的寄生電容電流。
后續(xù)文章，我會根據(jù)前面所討論的一系列驅(qū)動設(shè)計(jì)問題，放在一個(gè)具有參考地和浮動地的有源鉗位電路中逐步設(shè)計(jì)驅(qū)動電路例子，更好的展示驅(qū)動電路設(shè)計(jì)的過程和合理性。
（來源：星球號，作者：electronicLee）
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