基于自激推挽式小型化二次電源的設(shè)計(jì)

通過實(shí)驗(yàn)可以看到：串入電感時(shí)晶體管的電流尖峰問題得到了很好地解決，降低開關(guān)管的損耗，效率得到了極大地提高，在沒有電感時(shí)效率大約僅有50％，而輸入端串入470uH電感后效率可以達(dá)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?yàn)橐粋€(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的伏秒數(shù)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(qū)的磁芯不能承受典雅，當(dāng)相應(yīng)的開關(guān)管再次導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)管將承受很大的電壓和電流，導(dǎo)致開關(guān)管損壞。在推挽拓?fù)渲惺褂肕OSFET管，可以大大減少變壓器的磁通不平衡問題。首先，MOSFET管沒有存儲(chǔ)時(shí)間，在交替的半周期內(nèi)，對(duì)于相等的柵極導(dǎo)通次數(shù)，漏極電壓導(dǎo)通次數(shù)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(shù)相等。第二，對(duì)于MOSFET管，Rds(on)的正溫度系數(shù)形成的負(fù)反饋?zhàn)柚沽舜磐ú黄胶鈫栴}的產(chǎn)生。如果存在一定的不平衡磁通，磁芯就會(huì)沿著磁化曲線向上移動(dòng)，從而產(chǎn)生了磁化電流。因此半周期內(nèi)的總電流比另一個(gè)半周期內(nèi)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(dǎo)通壓降也隨之增大。如果一個(gè)初級(jí)半繞組承受較大的電流，則其開關(guān)管管溫就會(huì)高一些，導(dǎo)通壓降增加，使繞組上的電壓下降，降低這一邊的伏秒數(shù)，磁芯又向磁化曲線的中心復(fù)位，恢復(fù)平衡。若在功率低于100W，且磁芯加氣隙的情況下使用MOSFET功率開關(guān)管，則一定不會(huì)出現(xiàn)磁通不平衡現(xiàn)象。為了增加電路的對(duì)稱性，設(shè)計(jì)時(shí)最好選擇雙MOSFET的芯片。
2．3 變壓器的設(shè)計(jì)
變壓器的設(shè)計(jì)是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。為滿足開關(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(shè)計(jì)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(jù)繞線的要求，選擇了EPC13的磁芯，該磁芯的有效截面積Ae=12.5mm2。
2．3．1 變壓器線圈匝數(shù)的計(jì)算
初級(jí)繞組匝數(shù)可以由下式?jīng)Q定(假設(shè)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(shù)；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的開啟時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間求出，本文設(shè)計(jì)的開關(guān)電源的頻率為95kHz，根據(jù)以上參數(shù)可以計(jì)算出原線圈匝數(shù)：
Np1=Np2=16(匝)
輔助繞組Nb1、Nb2的計(jì)算：
計(jì)算功率開關(guān)變壓器兩個(gè)輔助繞組匝數(shù)時(shí)，應(yīng)該考慮在輸入電壓最低時(shí)，輸出應(yīng)大于MOSFET的開啟電壓；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(bǔ)償電阻Rb1和Rb2。為保證電路的對(duì)稱性Nb1=Nb2，這樣一來，功率開關(guān)變壓器基極繞組的匝數(shù)Nb1和Nb2可表示為：

式中Ub1為柵極繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，約等于啟動(dòng)點(diǎn)的電壓，Dz取3V的穩(wěn)壓二極管，可以計(jì)算出：
Nb1=Nb2≈5(匝)
次級(jí)匝數(shù)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(dǎo)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(jì)算出的變壓器匝數(shù)只能作為參考值，必須經(jīng)過反復(fù)實(shí)踐變壓器匝數(shù)才能確定，經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)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)原線圈40匝中心抽頭，輔助繞組14匝中心抽頭，次級(jí)線圈32匝中心抽頭。
2．4 輸出整流濾波電路
本設(shè)計(jì)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，還要滿足開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短的快恢復(fù)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。