本文主要是關(guān)于脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器的相關(guān)介紹，并著重對(duì)脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器的原理及其應(yīng)用電路進(jìn)行了詳盡的闡述。
脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器
脈沖變壓器是一種寬頻變壓器。對(duì)通信用的變壓器而言，非線性畸變是一個(gè)極重要的指標(biāo)，因此要求變壓器工作在磁心的起始導(dǎo)磁率處，以至即使像輸入變壓器那樣功率非常小的變壓器，外形也不得不取得相當(dāng)大。除了要考慮變壓器的頻率特性，怎樣減少損耗也是一個(gè)很關(guān)心的問(wèn)題。
與此相反，對(duì)脈沖變壓器而言，因?yàn)橹饕紤]波形傳送問(wèn)題。即使同樣是寬頻帶變壓器，但只要波形能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，磁心也可以工作在非線性區(qū)域。因此，其外形可做得比通信用變壓器小很多。還有，除通過(guò)大功率脈沖外，變壓器的傳輸損耗一般還不大。因此，所取磁心的尺寸大小取決于脈沖通過(guò)時(shí)磁通量是否飽和，或者取決于鐵耗引起的溫升是否超過(guò)允許值。
今日脈沖變壓器的最新分析方法，是將脈沖變壓器按分布參數(shù)方式來(lái)處理，被稱(chēng)作傳輸型脈沖變壓器。
脈沖變壓器廣泛用于雷達(dá)、變換技術(shù)；負(fù)載電阻與饋線特性阻抗的匹配；升高或降低脈沖電壓；改變脈沖的極性；變壓器次級(jí)電路和初級(jí)電路的隔離應(yīng)用幾個(gè)次級(jí)繞組以取得相位關(guān)系；隔離電源部分的直流成分；在晶體管（或電子管）脈沖振蕩器中使集電極（陽(yáng)極）和基極（柵極）間得到強(qiáng)藕合；采用若干個(gè)次級(jí)繞組，以便得到幾個(gè)不同幅值的脈沖，使電子管的板極回路和柵極回路，或晶體管的集電極與基極間形成正反饋，以便產(chǎn)生自激振蕩；作為功率合成及變換元件等。
脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器的作用
脈沖變壓器一般是用在開(kāi)關(guān)電源里的，他的作用其實(shí)和普通變壓器是一樣的，都是給交流電變壓，不同的是普通變壓器變壓的是正弦波而脈沖變壓器變壓的是有一定或可調(diào)占空比的方波（可以理解為脈沖信號(hào)），目前常用的的PWM信號(hào)即脈寬調(diào)制信號(hào)。至于是不是變壓鋸齒波我似乎聽(tīng)說(shuō)過(guò)但沒(méi)有接觸過(guò)。
脈沖變壓器變壓的信號(hào)要比不同電源變壓器的頻率高的多，一般為10K--100kHZ，而普通電源變壓器為50HZ。這樣脈沖變壓器的效率就要比普通變壓器高得多，體積亦可以小很多，體積可以縮小--這就是開(kāi)關(guān)電源比線性電源（普通電源變壓器的電源）優(yōu)越的特點(diǎn)之一。
把正弦波變成脈沖波輸出的不是脈沖變壓器而是變壓器前端的控制電路。他通過(guò)把PWM信號(hào)把被濾波整流成直流的市電調(diào)制成高頻的脈寬電壓，通過(guò)脈沖變壓器變壓，然后通過(guò)濾波整流把變壓后的脈寬電壓變成直流
脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器電路圖
在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，常常會(huì)用到驅(qū)動(dòng)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)隔離、浮地、增大驅(qū)動(dòng)能力等目的，是電源中非常重要的一部分，如果設(shè)計(jì)不好直接決定整個(gè)項(xiàng)目的成敗，以及電源產(chǎn)品的品質(zhì)好壞。
一、采用驅(qū)動(dòng)變壓器的原因
在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中有較常用的電路拓?fù)洌和怛?qū)BUCK、外驅(qū)BOOST、推挽、半橋、全橋、雙管反激、雙管正激等，這些電路拓?fù)渲械拈_(kāi)關(guān)管需要浮地、或互補(bǔ)、或同頻同相同幅驅(qū)動(dòng)，在手頭只有較常規(guī)的單輸出PWM控制芯片，又不想再增加成本引進(jìn)新驅(qū)動(dòng)芯片的情況下，采用驅(qū)動(dòng)變壓器是最好的選擇，它不僅用作開(kāi)關(guān)電源半導(dǎo)件元器件的驅(qū)動(dòng)電脈沖（如功率MOSFET或IGBT），還可用作電壓隔離和阻抗匹配。
此外，在二次側(cè)同步整流管的驅(qū)動(dòng)電路也常常選擇使用驅(qū)動(dòng)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)他激驅(qū)動(dòng)控制。其實(shí)大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源加驅(qū)動(dòng)變壓器的最主要目的是為了隔離和實(shí)現(xiàn)浮地，上管跟下管不共地時(shí)，IC只能直接推動(dòng)下管，上管就必須隔離驅(qū)動(dòng)了。
其實(shí)，現(xiàn)在也有很多專(zhuān)用的隔離驅(qū)動(dòng)IC，也可以獲得和驅(qū)動(dòng)變壓器相近的效果，但是這種集成的隔離驅(qū)動(dòng)IC有些明顯的缺陷，就是導(dǎo)通和關(guān)斷有很大的延遲、需要增加額外的驅(qū)動(dòng)電源、以及設(shè)計(jì)難度大。而驅(qū)動(dòng)變壓器則不同，這種變壓器耦合方式的優(yōu)點(diǎn)是延遲非常低，無(wú)需增加額外的驅(qū)動(dòng)電源，而且通過(guò)匝比設(shè)計(jì)，還可以在很高的壓差下工作。相比于專(zhuān)用的隔離驅(qū)動(dòng)IC，這種變壓器驅(qū)動(dòng)可設(shè)計(jì)的方式更多樣，可以隨時(shí)調(diào)整。
圖1 驅(qū)動(dòng)變壓器電路圖
二、磁芯的選擇
典型的脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器一般多是用鐵氧體磁心設(shè)計(jì)制造的，這樣可以降低成本。高頻條件下鐵氧體具有很高電阻率，渦流損耗小，價(jià)格低，是高頻變壓器磁芯的首選，缺點(diǎn)是磁導(dǎo)率通常較低。常用磁心的外形大多數(shù)是EE、EER、ETD型。它們都是由“E”型磁心和相應(yīng)的骨架組成。這些骨架可以采用表面安裝法或通孔安裝法裝配。
在有些情況下，也采用環(huán)形磁心設(shè)計(jì)制作驅(qū)動(dòng)變壓器，這樣的優(yōu)點(diǎn)是漏感很小，但磁環(huán)的繞制工藝比較麻煩由于是采用小磁環(huán)，所以必須要人工繞制，成本會(huì)增加。所以不同應(yīng)用者：有的看性能、有的看價(jià)格、有的看性?xún)r(jià)比，不同的使用者關(guān)注點(diǎn)不一樣。
三、驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵參數(shù)分析
驅(qū)動(dòng)變壓器的計(jì)算可以參照正激的方式設(shè)計(jì)，初級(jí)匝數(shù)：
通常情況下，匝比一般選擇1:1即可。
在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)變壓器時(shí)，其關(guān)鍵電氣參數(shù)中的兩個(gè)參數(shù)（漏電感值和繞組電容量）是需要控制的。因?yàn)榇蟮穆╇姼兄岛屠@組電容量可能引起諸如相位漂移、時(shí)間誤差、噪聲和上沖等不合乎使用要求的輸出信號(hào)。理想情況下，驅(qū)動(dòng)變壓器是不儲(chǔ)存能量的。不過(guò)實(shí)際上驅(qū)動(dòng)變壓器還是儲(chǔ)存了少量能量在線圈和磁芯的氣隙形成的磁場(chǎng)區(qū)域，這種能量表現(xiàn)為漏感和磁化電感。
盡管MOS管驅(qū)動(dòng)器變壓器的平均功率很小，但是在開(kāi)通和關(guān)閉的時(shí)候傳遞很高的電流，為了減少延遲，保證驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)定、安全可靠，也為了抑制高頻振蕩，保持低漏感仍然是必須的。對(duì)于驅(qū)動(dòng)變壓器繞組的電容量我們希望其值小于100pF。布板的時(shí)候盡量讓驅(qū)動(dòng)靠近開(kāi)關(guān)管，高頻電流回路面積盡量做小，控制電路盡量遠(yuǎn)離高頻回路。
我們知道繞組越接近磁心表面漏感越小，繞組匝數(shù)越少，越容易作到這點(diǎn)；另外磁心的電感系數(shù)越高、磁導(dǎo)率越高，導(dǎo)磁能力越好，漏感越小。所以大多驅(qū)動(dòng)變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器都用高導(dǎo)材料來(lái)做。另外在一個(gè)變壓器中分布電容和漏感是兩個(gè)矛盾的參數(shù)，但是通過(guò)繞制方法可以折中處理。對(duì)于上升沿的時(shí)間和下降沿的時(shí)間，磁心材料尤其是繞制工藝是非常關(guān)鍵的。
圖2 驅(qū)動(dòng)變壓器的微等效電路圖
從圖2可以看出，負(fù)載等效轉(zhuǎn)換后是和勵(lì)磁電感并聯(lián)的，我們所希望的是能量都加在負(fù)載上，那么最好是要求勵(lì)磁電感無(wú)窮大最好，但是實(shí)際不可能的。驅(qū)動(dòng)變壓器這種本身功率并不是很大的情況，尤其要求勵(lì)磁電感要大些，不然勵(lì)磁電流大了，那么驅(qū)動(dòng)變壓器的效率就小了。
驅(qū)動(dòng)變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器等都屬于弱信號(hào)類(lèi)變壓器，傳輸功率小、信號(hào)弱，這類(lèi)變壓器和大家最熟悉的開(kāi)關(guān)電源功率類(lèi)變壓器差別較大，因此一定要區(qū)別對(duì)待。像這些弱信號(hào)變壓器更加關(guān)注的是變壓器波形的完整性，也就特別要關(guān)注微等效電路。相對(duì)開(kāi)關(guān)電源功率類(lèi)變壓器，信號(hào)變壓器更敏感，設(shè)計(jì)和工藝部分要求嚴(yán)格。
四、驅(qū)動(dòng)變壓器的繞制
驅(qū)動(dòng)變壓器主要作用是隔離驅(qū)動(dòng)，將波形傳遞給需要浮地驅(qū)動(dòng)的MOSFET，如果繞制工藝設(shè)計(jì)不好，會(huì)導(dǎo)致波形嚴(yán)重失真，造成很大的干擾，影響整個(gè)產(chǎn)品的效率與EMC。驅(qū)動(dòng)變壓器的電流并不大，一般對(duì)趨膚效應(yīng)與臨近效應(yīng)考慮得不多，主要考慮的是耦合效果，也就是說(shuō)對(duì)信號(hào)傳遞的不失真度和穩(wěn)定性。
繞組在弱耦合狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生漏電感。繞組的匝數(shù)較多以及在制造過(guò)程中繞組的線匝排列不均勻時(shí)都將產(chǎn)生大的繞組電容量。在變壓器的電氣參數(shù)設(shè)計(jì)階段和規(guī)范的制造過(guò)程中，可以保證漏感減至最小值。那接下來(lái)就以單端雙管正激的驅(qū)動(dòng)變壓器為例，來(lái)說(shuō)說(shuō)其繞制方法。
圖3 初級(jí)-次級(jí)繞法v
圖4 次級(jí)包初級(jí)繞法
圖3這個(gè)是普通的初級(jí)-次級(jí)繞法。這樣的變壓器繞制工藝簡(jiǎn)單，繞組的用銅量少，成本低廉。但是缺點(diǎn)也明顯，當(dāng)用于傳輸?shù)牟ㄐ晤l率較高時(shí)，特別是大功率電源的驅(qū)動(dòng)時(shí)，容易產(chǎn)生失真，上升沿與下降沿時(shí)間變長(zhǎng)，且有明顯的振蕩。針對(duì)這樣的情況，推薦使用次級(jí)包初級(jí)，初級(jí)包次級(jí)，三明治繞法等幾種繞制方法來(lái)改進(jìn)，如圖4、圖5和圖6所示。
圖5 初級(jí)包次級(jí)繞法
圖6 三明治繞法
如果要采用磁環(huán)繞制，能在一層內(nèi)繞完初次級(jí)的所有線圈是最好的，而且初次級(jí)圈數(shù)相等是漏感最小的，如果初次級(jí)圈數(shù)不等，也要讓初次級(jí)都能均勻分布在整個(gè)窗口上。也就是說(shuō)初級(jí)或者次級(jí)緊密排繞一層繞不滿(mǎn)整個(gè)窗口，就要均勻分開(kāi)繞，讓初級(jí)和次級(jí)整個(gè)繞組剛好能排滿(mǎn)整個(gè)窗口。實(shí)際不一定非要只繞一層，只要均勻排滿(mǎn)整個(gè)窗口，就算初次級(jí)各占一層，漏感也不會(huì)太大，一般驅(qū)動(dòng)也夠用了，除非對(duì)驅(qū)動(dòng)速度要求極高。
結(jié)語(yǔ)
關(guān)于脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。