单端正向励磁干式变压器分析

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在开关电源中，激励电路非常重要，尤其是当采用MOSFET作为主开关管时。激励电路有时使用单端正向电路来激励主开关管。如图1所示，电路中采用励磁干式变压器实现电压脉冲变换和隔离。励磁干式变压器在设计上与一般脉冲干式变压器相似，但由于开关电源频率高，脉冲间隙时间很短，占空比通常达到50%。此外，要求干式变压器的磁性状态必须在下一个脉冲到达之前复位。为了在脉冲间隔时间内实现磁复位，干式变压器的纯磁化电感不能太大，采用反馈绕组NP2和箝位二极管D1。反冲的幅度被有效地限制，场效应晶体管V1被保护免受反冲电压的击穿。在不损坏V1的前提下，可以通过改变磁化电感和R1值来实现干式变压器的磁复位。

反冲特性和磁复位分析

反冲特性和磁复位是储存在磁芯中的磁场能量和储存在干式变压器等效电容中的电场能量被释放的瞬态过程。

在脉冲开始下降的瞬间，脉冲源和负载相继断开，此时储存在励磁电感和电容中的能量开始放电，电容C通过R1 L放电。当电容器储存的电能全部放电后，电压脉冲降至零，放电所需的时间称为后沿时间。由于电路中电感的存在，电流不停止，电容被充回形成所谓的反冲电压；电路分析表明，这种暂态过程的特性完全取决于并联电路的参数，一般有三种状态：欠阻尼振荡、临界阻尼振荡和过阻尼振荡。

三种振荡形式的归一化方程是：

临界阻尼振荡k1=1U1 (t)/U0=[1-(1 2)2 X1]

过阻尼振荡k1 1公式：k1=/2R1为阻尼系数

=R1 p/L是反冲系数

X1=tb/T1是相对时间常数

Tb为磁复位时间T1=基于U1 (t)电压方程，可以推导出干式变压器磁恢复时间的表达式，但如果电路设计处于过阻尼状态，则可以得到如下表达式：tb=L/R1 ln[10( R1 2C/L)]

干式变压器的设计要点

(1)在图1所示的电路中，脉冲源和负载都是场效应晶体管，它们的输入电容很大，所以通常用来减小L以加速磁复位，但减小电感容易引起欠阻尼振荡，严重时会导致V2场效应晶体管的二次导通或截止不足，因此需要控制一次电感值，以保证干式变压器能够实现磁复位而不发生欠阻尼振荡。

振荡时，当控制电感值不能达到满意的效果时，可以调节次级并联电阻R1；当R1减少时，振荡将消失，但恢复时间将延长。因此，电路和干式变压器之间应该有一个调节范围，以确保干式变压器的磁状态将被重置而不会振荡。较好的状态应该是临界状态，但是很难设计出工作在临界状态的电路。

(2)在设计单端正向励磁干式变压器时，铁芯的选择也很重要，一般要求铁芯具有较高的磁通密度增量

B值、较小的铁心损耗和较低的脉冲磁导率可用于激励干式变压器。铁芯材料有铁氧体、铁基非晶、1J6721、1J34Kh等。频率高的时候可以用铁氧体罐芯，频率低的时候可以用铁基非晶，1J6721，1J34Kh等芯。

(3)反馈绕组的设计主要取决于V1耐压，但反馈绕组的匝数应满足以下关系：

上升pmax (Np1/Np2)上升(T- pmax)

反馈绕组的电流基本上等于磁化电流，一般只有一次电流的50%，有些与一次电流相似，主要取决于工作磁通密度

以上几点是设计单端正向励磁干式变压器的要点。设计中应考虑高频集肤效应对导体电阻的影响，防止干式变压器瞬时饱和，降低漏电感，这些问题的计算和分析可参考一般脉冲干式变压器的设计。

设计示例

(1)指标要求为：Ec1=15V，R1=51，IL=1A，C=4500F，NP1/NS=2，F=46 ~ 100 kHz，一次隔离电位：脉冲560V，DC280V，占空比34%。

(2)设计结果：以gu18 11为核心，np1=np2=16匝，Ns=8匝，l =0.45mh，TB=8.27 SNP 1/Ns=np2/Ns=2；它在电路中正常工作。

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