基于自激推挽式小型化二次電源的設計

通過(guò)實(shí)驗可以看到：串入電感時(shí)晶體管的電流尖峰問(wèn)題得到了很好地解決，降低開(kāi)關(guān)管的損耗，效率得到了極大地提高，在沒(méi)有電感時(shí)效率大約僅有50％，而輸入端串入470uH電感后效率可以達到80％以上。
2．2 MOSFET代替晶體管避免磁通不平衡的影響
磁通不平衡是自激推挽式電路存在的一大缺點(diǎn)，主要是因為一個(gè)開(kāi)關(guān)管導通的伏秒數略大于另一個(gè)，是磁芯略偏離平衡點(diǎn)而趨向飽和。飽和區的磁芯不能承受典雅，當相應的開(kāi)關(guān)管再次導通時(shí)，開(kāi)關(guān)管將承受很大的電壓和電流，導致開(kāi)關(guān)管損壞。在推挽拓撲中使用MOSFET管，可以大大減少變壓器的磁通不平衡問(wèn)題。首先，MOSFET管沒(méi)有存儲時(shí)間，在交替的半周期內，對于相等的柵極導通次數，漏極電壓導通次數總是相等。因此在交替的半周期中施加到變壓器上的伏秒數相等。第二，對于MOSFET管，Rds(on)的正溫度系數形成的負反饋阻止了磁通不平衡問(wèn)題的產(chǎn)生。如果存在一定的不平衡磁通，磁芯就會(huì )沿著(zhù)磁化曲線(xiàn)向上移動(dòng)，從而產(chǎn)生了磁化電流。因此半周期內的總電流比另一個(gè)半周期內的總電流要大。但MOSFET管在更大的尖峰電流作用下，發(fā)熱會(huì )增加，它的Rds(on)增大，導通壓降也隨之增大。如果一個(gè)初級半繞組承受較大的電流，則其開(kāi)關(guān)管管溫就會(huì )高一些，導通壓降增加，使繞組上的電壓下降，降低這一邊的伏秒數，磁芯又向磁化曲線(xiàn)的中心復位，恢復平衡。若在功率低于100W，且磁芯加氣隙的情況下使用MOSFET功率開(kāi)關(guān)管，則一定不會(huì )出現磁通不平衡現象。為了增加電路的對稱(chēng)性，設計時(shí)最好選擇雙MOSFET的芯片。
2．3 變壓器的設計
變壓器的設計是開(kāi)關(guān)電源設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源提高效率、減小尺寸和重量的要求，需要一種高磁通密度、高頻低損耗的變壓器磁芯。本設計中選用TDK公司PC44材料的磁芯。按照輸出Vo1=10V，Io1=200mA，Vo2=-10v，Io2=100mA以及高頻變壓器的余量6％，則輸出功率Po=(10×0.2+10×0.1)×1.06=3.18W，根據繞線(xiàn)的要求，選擇了EPC13的磁芯，該磁芯的有效截面積Ae=12.5mm2。
2．3．1 變壓器線(xiàn)圈匝數的計算
初級繞組匝數可以由下式?jīng)Q定(假設Np1=Np2=Np)：

式中，U為施加在繞阻上的電壓幅值U=15(V)，Np為繞組匝數；Ae為磁芯面積0.125(cm2)；考慮到磁通飽和因素的影響，工作磁通密度B只取飽和磁通的0.6倍，即B=0.6×Bm ≈2000Gs；f工作頻率可由MOSFET的開(kāi)啟時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間求出，本文設計的開(kāi)關(guān)電源的頻率為95kHz，根據以上參數可以計算出原線(xiàn)圈匝數：
Np1=Np2=16(匝)
輔助繞組Nb1、Nb2的計算：
計算功率開(kāi)關(guān)變壓器兩個(gè)輔助繞組匝數時(shí)，應該考慮在輸入電壓最低時(shí)，輸出應大于MOSFET的開(kāi)啟電壓；同時(shí)還要能夠保證在輸入直流電源電壓最高時(shí)，MOSFET的漏極峰值電流和電壓不能超過(guò)它的最大額定輸出電流和所能承受的最高漏一源擊穿電壓。為了減小兩個(gè)MOSFET在Ugs上的不一致所造成的影響，必須分別再串聯(lián)一個(gè)補償電阻Rb1和Rb2。為保證電路的對稱(chēng)性Nb1=Nb2，這樣一來(lái)，功率開(kāi)關(guān)變壓器基極繞組的匝數Nb1和Nb2可表示為：

式中Ub1為柵極繞組上的感應電動(dòng)勢，約等于啟動(dòng)點(diǎn)的電壓，Dz取3V的穩壓二極管，可以計算出：
Nb1=Nb2≈5(匝)
次級匝數Ns1和Ns2可由下式確定：

Vo為輸出電壓，Vmin為最小輸入電壓取14V，VD為整流二極管的導通壓降，取VD=1V，代入上式可得輸出為±10V時(shí)：
Ns1=Ns2≈13 (匝)
經(jīng)公式計算出的變壓器匝數只能作為參考值，必須經(jīng)過(guò)反復實(shí)踐變壓器匝數才能確定，經(jīng)過(guò)反復實(shí)驗，本設計的電源Np1=Np2=20(匝)，Nb1=Nb2=7(匝)，Ns1=Ns2=16(匝)時(shí)，電源效率較高，因此變壓器繞制時(shí)原線(xiàn)圈40匝中心抽頭，輔助繞組14匝中心抽頭，次級線(xiàn)圈32匝中心抽頭。
2．4 輸出整流濾波電路
本設計選用了全波整流電路，全波整流變壓器輸出功率的利用率為100％，輸出直流電壓中的紋波較低。選擇輸出整流二極管時(shí)不僅要考慮耐壓值要合適，還要滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復時(shí)間短的快恢復二極管；電容的選取不僅參考其電容值，還要考慮其耐壓值要高。