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深入學習高頻脈沖變壓器GDT的設計 但凡真正的KC人，都有不同程度的偏執，對一個
問題不摸到根源絕不罷手—ehco
脈沖 變壓器屬於高頻變壓器的范疇，與普通高頻變壓器工況有別。脈沖變壓器要求輸出波形能嚴格還原輸入波形，前后沿陡峭，平頂斜降小。 在眾多的 制作實踐中，隨處可見脈沖變壓器的身影。例如DRSSTC中的全橋驅動GDT（Gate Driving Transformers門極 驅動變壓器），感應加熱電路中的GDT等等，相信KCer對其功能和重要性都有一定了解。但談到如何具體設計一個符合規格的脈沖變壓器，相信也還有不少人停留在簡單的匝比計算或是經驗設計層面，沒有深入地研究。每每遇到磁芯的選擇，匝數、線材的確定時，都無從下手。本文針對這些問題，在 高壓版black、ry7740kptv、山貓等大神的鼓舞下，將本人的學習心得形成圖文與大家分享，旨在拋磚引玉。因本人水平有限，如若存在錯漏，望斧正為謝。 下面從一個簡易的GDT驅動電路說起  上圖中，T1為脈沖變壓器，當初級（左側）為上正下負時，右側輸出上正下負信號，該信號通過D3、D4、C23、RG，給IGBT的Cge充電，當充電電壓達到VGE（ON）時IGBT的C、E開通，並且C23充電，C23的充電電壓被D5鉗制在8V。當T1輸入為上負下正時，D3反向截止，T1的輸出被阻斷。在R15偏置
電阻提供的偏流下，C23存儲的電壓構成反偏，迅速抽干Cge存儲的電荷，使IGBT快速關斷。 那么，根據實測值或相關廠商數據，有以下已知數據。 1、IGBT型號：IKW50N60T 2、開關頻率fs：50KHz 3、柵極正偏電壓+VGE：+15V 4、柵極反偏電壓-VGE：-8V 5、脈沖變壓器初級側驅動電壓：+24V 6、單個IGBT驅動電壓占空比D：0.46 7、柵極電阻RG：10Ω 8、IGBT管內柵極電阻Rg：0Ω 9、三極管飽和壓降：Vces=0.3V 10、二極管壓降：VDF=0.55V 11、GDT效率η：90%
一、計算IGBT驅動所需的峰值電流IGPK IGPK=（+VGE-（-VGE））/RG+Rg=23/（10+0）=2.3A 二、計算次級電流有效值Isrms Isrms=IGPK D^0.5=2.3×0.68=1.56A 三、計算次級單個繞組輸出功率Ps Ps=VsIsrms=（+VGE+VDF+（RG+Rg）Isrms）Isrms =(+15+0.5+(10+0)×1.56)×1.56=48.5W 四、計算初級輸入功率PT，因為該電路中，一個變壓器含2個相同的輸出繞組，所以 Pi=2Ps/η=2×48.5/0.9=107.8W 五、計算脈沖變壓器初、次級總功率Pr。（注意，根據變壓器功率守恆，總功率等於輸入功率等於輸出功率，但這里計算總功率是為了計算 線圈占據的 空間或窗口面積使用，不要混淆了） PT=2Ps+Pi=2×48.5+107.8=203.8W 六、計算GDT所用磁芯尺寸 磁芯尺寸用Ap來表示，Ap=AwAe，其中Aw為磁芯窗口面積，Ae為磁芯有效截面積。根據磁芯選擇的條件，該電路使用PC40錳鋅軟磁鐵氧體材質的G型磁罐，以提高脈沖響應帶寬，減少磁泄露。 
如上表，允許溫升為25℃時，磁罐的電流密度系數Kj=433，結構常數X=-0.17。對於PC40材質，查得飽和磁通密度為Bmsat≈560mT=0.52T 當f<50kHz時, Bmax=0.5Bmsat 當f<100kHz時, Bmax=0.4Bmsat 當f<500kHz時, Bmax=0.25Bmsat 當f<1MHz時, Bmax=0.1Bmsat 那么本電路中設計工作頻率為50KHz，而且磁芯為單象限工作，所以取工作磁通密度Bw=Bmax=0.4Bmsat=0.4×0.52T=0.208T 根據磁芯尺寸計算公式 Ap=（PT×10^4/K0KffsBwKj）^(1/1+X) 得出Ap=0.217cm4，那么，只要所選的磁芯Aw與Ae的乘積低於Ap 0.217cm4即可。下面來看磁芯選型表，下表是P型磁罐的參數（找不到G型的，P型類似），對於EE，EI，磁環等磁芯的選型見附表。  PC40磁芯參數.rar (1620 K) 下載次數:32
 從上表參數計算得出，P23/18磁罐的Ap=0.36cm4，P23/18的Ap為0.18cm4，因此選用與P23/18尺寸接近的G22/13磁芯。
七、計算初級繞組匝數Np Np=Vin×10^4/4BWfsAe=24×10E4/（4×0.21×50×10^3×0.58）=9.85T 為避免低頻時飽和，取Np=15T 八、計算次級繞組匝數Ns Ns=（+VGE+VDF+RG Isrms）Np/（Vin-Vces）注：這里的Vces為初級驅動圖騰三極管的飽和壓降，如果采用MOS圖騰，則為0. Ns=（15+0.55+10×1.56）×12/（24-0）=19.5T 此處取20T 九、計算脈沖變壓器初級電流有效值Iprms Iprms=（Ns/Np）Isrms=（20/15)×1.56=2.08A 十、計算電流密度J J=KjApX=433×0.58-0.17=475A/cm2 取J=4.5A/mm2 十一、計算脈沖變壓器初級、次級繞組線徑dp、ds及截面積Sp、Ss dp=1.13（Iprms/J）0.5=0.77mm Sp=0.785dp2=0.465mm2 ds=1.13（Isrms/J）0.5=0.67mm Ss=0.785dp2=0.352mm2 十二、線材的選擇 為減小高頻電流趨膚效應對銅芯有效截面積的損耗，這里選用滌綸外層包裹的0.1mm多股漆包線繞制，單芯截面積為0.00785mm2，那么初級線圈應選用(0.465/0.00785)=59股，這里取60股的絞合線；次級線圈應選用(0.352/0.00785)=44.8股，這里取40或50股的絞合線。 至此，一個符合規格的GDT已設計完成。 最后，再談一談脈沖變壓器容易出現的一些問題。一是邊沿振鈴，這個現象主要是因為變壓器繞制工藝造成的漏感，以及PCB布線的等效電感與容性負載發生高頻高頻阻尼諧振而產生；二是邊沿過沖，主要是由於變壓器漏感在快速關斷的情況下，電流不連續導致的瞬間自感高壓。因此對於脈沖變壓器應該盡量減小漏感的存在，可以采取以下幾種方法。 一、采用高磁導率的磁芯，例如錳鋅鐵氧體，鎳鋅鐵氧體（1M以上適用），磁導率越高，匝數恆定的情況下，可以獲得更高的勵磁電感Lm，能有效減小信號的平頂斜降； 二、采用磁路閉合程度高的磁芯結構，例如G型磁罐、磁環等，磁路閉合好，不僅可以屏蔽自身對外界的干擾和外界對自身的干擾，還能有效地減小漏感，從而減小過沖和振鈴。 三、初、次級線圈應並繞，盡量減小分布 電容 四、脈沖變壓器的輸出引線應盡量縮短，一般少於10mm。而且同一繞組的兩根輸出引線應該盡量靠近或雙絞引出磁芯。 五、連接脈沖變壓器的PCB走線應盡量短，PCB走線不應該靠近磁芯部分，避免生成1T電感。 六、根據脈沖變壓器的傳輸特性，可知信號傳輸過程中的平頂斜降為△=(Ton/Lm)(RL″)×100%，Ton為高電平持續時間，Lm為初級勵磁電感（次級開路時初級的電感量），RL″為次級負載等效到初級后的阻抗與驅動圖騰輸出阻抗的並聯值。由此可知，減小驅動電路的內阻（將三極管圖騰換為MOS圖騰）和增加初級繞組匝數能有效減小平頂斜降。
[ 此帖被ehco在2012-09-07 09:36重新編輯 ]
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