單端正激式激勵變壓器的分析

1引言

　　在開(kāi)關(guān)電源中，激勵電路十分重要，特別是采用MOSFET為主開(kāi)關(guān)管時(shí)更為重要，激勵電路有時(shí)采用單端正激式電路來(lái)激勵主開(kāi)關(guān)管，如圖1所示，電路中應用了激勵變壓器，實(shí)現電壓脈沖變換和隔離。該激勵變壓器設計與一般脈沖變壓器類(lèi)同，但是，由于開(kāi)關(guān)電源的頻率較高，脈沖間隙時(shí)間很短，占空比通常會(huì )達到50％，而且，要求在下一個(gè)脈沖到來(lái)之前變壓器磁狀態(tài)必須復位，為了實(shí)現在脈沖間隔時(shí)間內達到磁復位，變壓器的純磁化電感不能大，并采用了回授繞組NP2和箝位二極管D1，有效地限制了反沖幅值，保護場(chǎng)效應管V1不致被反沖電壓擊穿，在保證V1不被損壞的前提下才有可能改變磁化電感和R1值來(lái)實(shí)現變壓器的磁復位。

2反沖特性和磁復位的分析

反沖特性和磁復位是變壓器磁心中貯存的磁場(chǎng)能量和等效電容中貯存的電場(chǎng)能量泄放的瞬變過(guò)程。

在脈沖開(kāi)始下降瞬間，脈沖源與負載相繼斷開(kāi)，此時(shí)貯存在勵磁電感和電容中的能量開(kāi)始泄放，電容C經(jīng)R1′L△放電，當電容器上貯存的電能全部放完時(shí)，則電壓脈沖降到零，放完電所需的時(shí)間就是所謂的后沿時(shí)間。電路中由于電感的存在，電流并不因此停止，電容被反充電，形成所謂的反沖電壓；電路分析表明，這種瞬變過(guò)程的特性完全取決于并聯(lián)回路的參量，一般會(huì )出現三種狀態(tài)：即欠阻尼振蕩，臨界阻尼振蕩和過(guò)阻尼振蕩。

三種振蕩形式的歸一化方程為：

臨界阻尼振蕩k1=1U1′(t)/U0=[1－(1＋2△)2πX1]

過(guò)阻尼振蕩k1>1 式中：k1=/2R1′為阻尼因子

△=R1′τp/L△為反沖因子

X1=tb/T1為相對時(shí)間常數

tb為磁復位時(shí)間 T1=在U1′（t）電壓方程的基礎上，可以導出變壓器磁恢復時(shí)間的表達式，但電路設計均在過(guò)阻尼狀態(tài)，則可得到如下表達式：tb=L△/R1′ln[10(△＋R1′2C/L△)]

3變壓器設計要點(diǎn)

（1）在圖1電路中，脈沖源和負載均為場(chǎng)效應管，其輸入電容較大，通常采用減小L△來(lái)加速磁復位，但減小電感容易引起欠阻尼振蕩，嚴重時(shí)會(huì )導致V2場(chǎng)效應管二次導通或截止不充分，因此必須控制初級電感值，保證變壓器能達到磁復位和不出現欠阻尼振

蕩，在控制電感值還不能達到滿(mǎn)意結果時(shí)，可以調整次級并聯(lián)電阻R1；當R1減小時(shí)，振蕩會(huì )消失，但恢復時(shí)間會(huì )延長(cháng)，所以電路和變壓器兩者之間應具有調整范圍，以保證在不出現振蕩的前提下變壓器磁狀態(tài)也得到復位，最佳狀態(tài)應當是臨界狀態(tài)，但電路很難設計在臨界狀態(tài)工作。

（2）在設計單端正激式激勵變壓器時(shí)鐵心選擇也十分重要，一般要求鐵心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率μP值；能用于激勵變壓器的鐵心材料有鐵氧體，鐵基非晶，1J6721，1J34Kh等，頻率較高時(shí)可以選用鐵氧體罐形磁心，頻率較低時(shí)可以選用鐵基非晶，1J6721，1J34Kh等鐵心。

（3）回授繞組的設計主要是取決于V1的耐壓，但回授繞組的匝數應滿(mǎn)足如下關(guān)系式：

Upτpmax（Np1/Np2）Up(T－τpmax)

　　回授繞組的電流與磁化電流基本相等，一般只有初級電流的50％，有的與初級電流相近，主要取決于工作的磁通密度△B值和初級電感值。

　?。?）在設計較高電壓的開(kāi)關(guān)電源時(shí)，一般Ec2較高，為了提高低壓激勵電路的可靠性，激勵變壓器初次級加屏蔽，并接地，將有效地保證低壓激勵電路不致被損壞。

　　以上幾點(diǎn)是設計單端正激式激勵變壓器的要點(diǎn)。在設計時(shí)應考慮高頻集膚效應對導線(xiàn)電阻的影響，以及防止變壓器瞬間飽和，減小漏感等問(wèn)題；這些問(wèn)題的計算和分析可參考一般脈沖變壓器設計。

4設計實(shí)例

（1）指標要求:Ec1=15V，R1=51Ω,IL=1A，C=4500μF,Np1/Ns=2,f=46～100kHz,初次級隔離電位：脈沖560V、DC280V,占空比為34％。

（2）設計結果：磁心采用GU18×11,Np1=Np2=16匝,Ns=8匝,L△=0.45mH,tb=8.27μsNp1/Ns=Np2/Ns=2;在電路中工作正常。