20170502-开关电源中的变压器隔离驱动电路(二)

隔离变压器作用原理和常用接线图_隔离变压器基础知识普通变压器的首要任务是改变电压，分为降压变压器和升压变压器，原副边线圈匝数不相等。

隔离并不是它主要的任务，甚至有的变压器原副边并不隔离，比如自耦变压器就是典型。

隔离变压器的首要任务是将原副边绕组进行电绝缘隔离，因此对它的最基本要求是保证原副边绝缘性能。

而变压并不是它的首要任务，多数的隔离变压器并不进行变压，即原副边绕组匝数相等。

比如晶闸管直流调速系统中为了防止主电路高压侵入脉冲数控装置而使用的脉冲变压器也是典型。

隔离变压器俗称安全变压器，它一般用于隔离市网电的杂质和维护设备等之用，隔离变压器的原理和普通变压器的原理是一样的，都是利用电磁感应原理，隔离变压器一般是指1：1的变压器，由于次级不和地相连，次级任一根线与地之间没有电位差，使用安全，常用作维修电源。

隔离变压器是特殊用途的专用设备，和普通变压器不同之处不单是次级不接地,而且初次级线包间还有隔离层，此隔离层与初级接地端相接，所以次级端不但与电网完全隔离,而且还隔离了静电场! 它的安全性在于因次级不接地，因而输出端与地不构成回路,当人体单端接触输出时不会触电.其次因有静电隔离,在次级工作中就避免了静电干扰和静电击穿发生!隔离变压器示意图隔离变压器示意图中，当一次侧绕组上加上电压ú1时，流过电流í1，在铁芯中就产生交变磁通?1，这些磁通称为主磁通，在它作用下，两侧绕组分别感应电势é1，é2，感应电势公式为：E=4.44fN?m。

式中：E--感应电势有效值f--频率N--匝数?m--主磁通最大值。

使用隔离变压器的注意事项：变压器的次级两端都不能接地人体不能同时触及次级两端，否者就有触电的危险负载总容量通常为变压器额定容量的80%1.隔离变压器的作用隔离变压器通常不起变压作用，在电路中只有磁的联系，没有电的直接联系，起到隔离作用。

隔离变压器的主要用途有：1、抗干扰作用：如通过Y/△接线的隔离变压器后，能够阻止一部分谐波的传输2、阻抗变换作用：增加系统阻抗，使保护装置等容易配合3、稳定系统电压的作用：如启动大负荷设备时，减少对系统电压的影响4、防止系统接地的作用：当隔离变压器负荷侧发生单相接地时，不会造成整个系统（隔离变压器以上部分）单相接地5、降低短路电流：当负荷侧发生短路事故时，限制系统的短路电流2.隔离变压器常用接线图（1）单相无屏蔽隔离变压器（2）单相单屏蔽隔离变压器（3）单相双屏蔽隔离变压器（4）三相无屏蔽隔离变压器（5）三相单屏蔽隔离变压器（6）三相双屏蔽隔离变压器。

开关电源原理设计及实例第变压器隔离的变换器拓扑结构演示文稿开关电源是一种将输入电源信号转换成所需要的输出电压或电流的电源装置。

它通过开关管的开关动作来控制输入电源的通断，从而实现对输出电压或电流的控制。

开关电源具有高效率、小体积和低成本等优势，因此在许多电子设备中广泛应用。

本文将介绍开关电源的原理设计及实例，并重点介绍了一种基于变压器隔离的变换器拓扑结构。

一、开关电源的工作原理开关电源主要由输入端、变换器、控制电路和输出端四部分构成。

其中变换器是其核心部分。

变换器主要由开关管、变压器和输出滤波电路组成。

开关电源的工作过程如下：1.输入电源输入交流电压，通过整流电路转换为直流电压；2.直流电压经过输入滤波电路进行滤波，去除电源中的高频杂波；3.控制电路根据输出电压的反馈信号，控制开关管的开关动作；4.当开关管接通时，变压器中的能量储存；5.当开关管断开时，储存在变压器中的能量释放，并经过输出滤波电路输出给负载。

二、变压器隔离的变换器拓扑结构变压器隔离是开关电源设计的一个重要技术，主要用于防止输出端与输入端之间的电气隔离，保护用户和设备的安全。

下面介绍一种基于变压器隔离的变换器拓扑结构，反激变换器。

1.反激变换器的工作原理：反激变换器是一种脉冲宽度调制（PWM）型开关电源，它采用反激（反冲击）的方式，将输入电压转换为所需的输出电压。

反激变换器主要由变压器、开关管、脉冲变压器、反激电容和输出滤波电路等组成。

2.反激变换器的工作过程：(1)开关管接通状态：当开关管接通时，电流通过变压器，将能量储存到脉冲变压器中。

(2)开关管断开状态：当开关管断开时，通过变压器的自感性，使脉冲变压器的磁场崩溃，产生反冲电压，将能量传输到输出端。

三、实例演示文稿标题：基于变压器隔离的反激变换器拓扑结构演示内容：1.引言：介绍开关电源的重要性和应用领域，并介绍本文将重点介绍的反激变换器拓扑结构。

2.开关电源的工作原理：简要介绍开关电源的工作原理，包括输入端、变换器、控制电路和输出端的作用。

开关电源中的变压器隔离驱动电路（一）普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士图1是非常常用的隔离驱动电路，其原边类似于正激变换器中的接法，第三绕组c N 和(gs V图1： 隔离驱动电路#1二极管c D 串联用来对原边激磁电感的去磁，一般情况下，可选择p c N N =，且将c N 和p N 双股并绕。

副边绕组s N 与二极管2D 、三极管2Q 及3R 、4R 来恢复原边驱动信号的波形，并实现隔离，其中调节4R 的大小，可以调节隔离驱动信号的驱动能力，2Q 与3R 的作用是保证MOSFET S1在断开瞬间，其门源电荷上电压的快速放电，以便提高 S1的关断速度。

5R 与1ZD 则是用来保护S1免受损坏的两个元件，加5R 后，可避免在控制电路还没有工作，功率级已经加电时因S1的DG 电容和GS 电容所引起的 S1之误导通及相应的损坏，其阻值可选为5K~50K ；加ZD2是用来保证各种动态下S1的GS 电压不会超过其规定的最大值，以避免S1的门源损坏，其稳压值可取18V 左右。

原边的Q1既可用MOSFET ，也可用三极管，电阻1R 和2R 的选择比较容易，在Q1用MOSFET 时，1R 可取几十到数百殴姆，2R 可取几千殴姆。

上述隔离驱动电路在p c N N =时，能隔离的驱动信号，其最大占空比要小于0.5，否则其变压器会因为伏秒不平衡而饱和。

所以这种隔离驱动电路多用在二极管去磁双正激变换器和对称驱动半桥变换器中。

如前面所说的，隔离驱动变压器的设计可先按原则选好铁芯的材料和铁芯的形状及尺寸，然后按下面的公式计算匝数：8_max 10×∆×=sc scc p f BA V D N （匝）其中：r B B B −=∆max ，sat B B <max ，r B 为剩磁，单位（Gass ）；c A 为所选铁芯的截面积，单位2)(cm ，max D 为驱动信号的最大占空比，s f 驱动信号的频率，单位为（Hz ），s cc V _为隔离驱动电路原边供电电源，单位（V ）。

5V,2A隔离式开关电源电路图
5V/2A隔离式开关电源电路图开关电路如下图所示：C1为输人滤波电容，VDz和VD1组成一次侧钳位保护电路。

R1为控制端电阻，C2是旁路电容。

TOP414GC-S端之间并联的C10是防止在控制端出现高频干扰时而引起触发断电电路误动作。

VD2为输出整流二极管、C3、C4、L、C5
5V/2A隔离式开关电源电路图
开关电路如下图所示：C1为输人滤波电容，VDz和VD1组成一次侧钳位保护电路。

R1为控制端电阻，C2是旁路电容。

TOP414GC-S端之间并联的C10是防止在控制端出现高频干扰时而引起触发断电电路误动作。

VD2为输出整流二极管、C3、C4、L、C5和C6构成的输出滤波器，C9为输出端消噪电容。

外部误差放大器由并联稳压器TL431组
成。

当输出电压发生波动时，经R3、R4分压后得到取样电压，就与TL431的基准电压进行比较，产生一个外部控制信号，再通过光耦合器PC817A来改变TOP414G控制端电流，进而调节占空比使Uo趋于稳定。

控制环路的增益是由R2来设定的。

反馈绕组电压经VD3、C7整流滤波后，给PC817A中的红外接收管供电。

开关电源隔离驱动变压器设计因为电子设备的电路变得更为复杂，故要求成熟的电气工程设计参数具有更加临界的数值。

在设计电路的每一个阶段，精确的工程计算是基本的要求。

同时，在其零部件设计时，这一点也是同样重要的。

所以，必须精心地设计开关电源（SMPS中门脉冲驱动变压器的每一个零部件。

门脉冲驱动变压器在开关电源中被要求用来控制电路之间的同步动作。

这些器件用来为开头电源半导件元器件如高压功率MOSFET或IGBTs提供电脉冲。

这种变压器也用作电压隔离和阻抗匹配。

门脉冲驱动变压器是用来驱动电子开关器件门电路的基本脉冲变压器。

设计这类变压器时，是假定其脉冲的上升、下降和上冲时间都是最佳的值。

使用中要辨别它们是门脉冲驱动变压器还是其它变压在基础门脉冲驱动变压器设计中，存在一系列设计变数，其中的每个变数由其专项应用决定。

它们的一些通用简图及其相应的转换关系见图1所示1^:21 :1 1 : 23 1-------- ---------- 3 11-14OT・•• ? 2OT - 2OT2OL 40120T .wuw* a I'ttngon. com-4 2— 4 6■4OT(a) (b)(c} Ifll 代&门！ft 11咏冲驳戍变!L器的嗎电Jfi细态典型的门脉冲驱动变压器是用铁氧体磁心设计制造的，这样可以降低成本。

常用磁心的外形大多数是EE EER ETD型。

它们都是由“E”型磁心和相应的骨架组成。

这些骨架可以采用表面安装法或通孔安装法装配。

在有些情况下，也采用环形磁心设计制作门脉冲驱动变压器。

典型的脉冲变压器设计所要求的参数列于表1。

表1典型的脉冲变压器设计参数如果有安全标准（如UL VDE CUL IEC或TUV的要求，那么，在变压器设计中必定会涉及可靠的漏电流及其清除方法问题。

对于漏电流及其清除方法要求的文件资料，必须从安全工作办事处取得。

如果设计的变压器是为jun事目的所应用，那么，选用的制作材料可不必依从RoHSf令，磁性器件设计工程师需要了解RoHS旨令, 因为RoHS旨令限制若干种材料在变压器设计制造中被采用，这将影响变压器的一些重要性能。