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DIY一個變壓器隔離驅動電路【獲得20元現金紅包】

前段時間仿了一個變壓器隔離驅動感覺效果還可以,用手頭上現有幾樣材料搭了個實驗電路實測了一下。


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                                                          圖1-1測試現場



原理圖1


                                                           圖1-2原理圖

隔離變壓器是用的一個1.5mH的工模電感,輸入信號是由信號發生器提供的,放電電阻忘記加了不過貌似并不會影響測試。

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2016-08-13 10:20

這種類型的驅動沒有電容串在電路中所以動態特性會比較好,不會出現占空比突然變化引起的誤觸發問題,測試中快速改變占空比或快速改變開關頻率都未發生異常,突然關掉、開啟驅動信號驅動電路也工作正常。不同開關頻率的波形如下。

                                            圖1-3 20%占空比10K-100K的驅動波形

圖1-3中藍色波形為PWM輸入信號黃色波形為輸出信號Vgs,相同開關頻率不同占空比的波形如下。

                                            圖1-4 20%-70%占空比100KHz的驅動波形

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liaohu699
LV.6
3
2016-08-13 14:34
@boy59
這種類型的驅動沒有電容串在電路中所以動態特性會比較好,不會出現占空比突然變化引起的誤觸發問題,測試中快速改變占空比或快速改變開關頻率都未發生異常,突然關掉、開啟驅動信號驅動電路也工作正常。不同開關頻率的波形如下。[圖片]                       圖1-320%占空比10K-100K的驅動波形圖1-3中藍色波形為PWM輸入信號黃色波形為輸出信號Vgs,相同開關頻率不同占空比的波形如下。[圖片]                       圖1-420%-70%占空比100KHz的驅動波形
看上去還不錯,改天有時間的時候我也試試!
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2016-08-13 20:32
@boy59
這種類型的驅動沒有電容串在電路中所以動態特性會比較好,不會出現占空比突然變化引起的誤觸發問題,測試中快速改變占空比或快速改變開關頻率都未發生異常,突然關掉、開啟驅動信號驅動電路也工作正常。不同開關頻率的波形如下。[圖片]                       圖1-320%占空比10K-100K的驅動波形圖1-3中藍色波形為PWM輸入信號黃色波形為輸出信號Vgs,相同開關頻率不同占空比的波形如下。[圖片]                       圖1-420%-70%占空比100KHz的驅動波形

這種類型的的驅動設計起來相對容易些,需要注意的是隔離變壓器漏感要小勵磁電感要適當。漏感大了會影響輸出的上升沿,勵磁電感大了會影響下降沿小了會影響效率。下面的是200KHz時的波形現象明顯些。

                                             圖1-5 20-80%占空比200KHz驅動波形

如圖1-5當脈寬較窄時漏感造成上升沿變緩的矛盾凸顯出來使輸出的波形幅值降低,下降沿由于脈寬窄儲能少關斷也變緩,經仿真驗證當脈沖較窄時適當減小勵磁電感可以加快關斷速度。

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2016-08-13 20:54

變壓器隔離驅動原理是一邊傳遞信號一邊傳遞能量,圖1的這個電路次級采用圖騰柱結構是想將能量傳遞和信號傳遞分開從而提高電路的靈活性。比如某些應用希望驅動信號帶負壓的圖1這個電路稍作改動即可實現,由于次級電阻R1有去磁效果所以實際搭的電路是沒有加RCD吸收的,見下圖2-1。

                                           圖2-1帶負壓輸出的變壓器隔離驅動電路

只需再增加一個電容C2在G、S兩端就實現了正負脈沖輸出,見下圖2-2

                         圖2-2帶負壓的驅動波形

實驗電路的電容C1=C2所以輸出波形正負電平對稱,需要不同正負電壓的改變電容C1、C2的比值即可。

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2016-08-15 13:21
已經被添加到社區經典圖庫嘍
http://www.laiyangyintong.cn/bbs/classic/
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2016-08-15 14:03
@boy59
變壓器隔離驅動原理是一邊傳遞信號一邊傳遞能量,圖1的這個電路次級采用圖騰柱結構是想將能量傳遞和信號傳遞分開從而提高電路的靈活性。比如某些應用希望驅動信號帶負壓的圖1這個電路稍作改動即可實現,由于次級電阻R1有去磁效果所以實際搭的電路是沒有加RCD吸收的,見下圖2-1。[圖片]                                           圖2-1帶負壓輸出的變壓器隔離驅動電路只需再增加一個電容C2在G、S兩端就實現了正負脈沖輸出,見下圖2-2[圖片]             圖2-2帶負壓的驅動波形實驗電路的電容C1=C2所以輸出波形正負電平對稱,需要不同正負電壓的改變電容C1、C2的比值即可。
你這0電平會隨占空比變化而變化的
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2016-08-15 21:38
@電源技術磚家
你這0電平會隨占空比變化而變化的

是說的圖2-2嗎?圖2-1這個電路實測和仿真結果都表明其0電平的位置不受占空比和頻率的影響始終保持不變(正負電平比例不變)。

以上是仿真結果,電容比例1:4。

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2016-08-15 22:31

如果希望輸出波形的邊沿更陡峭抗干擾能力強可以通過增加一個比較器來實現。

                                              圖2-3 變壓器隔離驅動+比較器

仿真結果如下

                                                 圖2-4 帶比較器修正波形

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2016-08-16 06:19
@boy59
如果希望輸出波形的邊沿更陡峭抗干擾能力強可以通過增加一個比較器來實現。[圖片]                        圖2-3變壓器隔離驅動+比較器仿真結果如下[圖片]                         圖2-4帶比較器修正波形

能量和信號傳遞分開可以實現變壓器+光耦組合隔離方式,見下圖。

                                               圖2-5變壓器+光耦組合隔離電路

這里隔離變壓器只做能量傳遞對電容C1充電使電容電壓維持在5V左右,光耦實現信號傳遞。相對于普通的光耦隔離這個方式不需要輔助繞組能量可以自給自足。

如果將能量和信號傳遞徹底分開則可以實現100%的占空比,見下圖。

                                               圖2-6可實現100%占空比的隔離電路

外接或自搭一個小于等于50%占空比的信號用來驅動變壓器實現能量傳遞,獨立出來的PWM信號不受限制可以實現占空比0-100%的變化。

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2016-08-16 10:06
帖子已被設置為頭條,恭喜樓主可添加電源網私人官網微信(dianyuan_com)為好友,領取現金紅包(備注信息:頭條紅包)

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st.you
LV.10
12
2016-08-16 13:51
@boy59
這種類型的的驅動設計起來相對容易些,需要注意的是隔離變壓器漏感要小勵磁電感要適當。漏感大了會影響輸出的上升沿,勵磁電感大了會影響下降沿小了會影響效率。下面的是200KHz時的波形現象明顯些。[圖片]                       圖1-520-80%占空比200KHz驅動波形如圖1-5當脈寬較窄時漏感造成上升沿變緩的矛盾凸顯出來使輸出的波形幅值降低,下降沿由于脈寬窄儲能少關斷也變緩,經仿真驗證當脈沖較窄時適當減小勵磁電感可以加快關斷速度。
怎么看你繞的磁環變壓器,漏感都不會小.
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2016-08-16 15:28
@st.you
怎么看你繞的磁環變壓器,漏感都不會小.
這個是伍爾特的共模電感,自己繞的話我會采用雙線并繞。
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2016-08-17 09:03
@電源網-fqd
帖子已被設置為頭條,恭喜樓主可添加電源網私人官網微信(dianyuan_com)為好友,領取現金紅包(備注信息:頭條紅包)     注:現金紅包僅限當日領取     活動介紹:http://www.laiyangyintong.cn/bbs/1529195.html     [圖片]
    隔離變壓器的參數是怎么計算的,這個我比較關心.
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木木杜
LV.3
15
2016-08-17 09:51
@hello-no1
  隔離變壓器的參數是怎么計算的,這個我比較關心.
對對對,希望大神把計算方法說一下,我也要試做了
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2016-08-17 14:32
@木木杜
對對對,希望大神把計算方法說一下,我也要試做了

    其實最笨的方法就是數他的磁環漆包線的圈數,我之前開過一帖,涉及到驅動變壓器的計算.

    個人覺得計算本身是比較簡單的,但是想獲得較好的參數還是需要實測調試.

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2016-08-17 14:34
@hello-no1
  其實最笨的方法就是數他的磁環漆包線的圈數,我之前開過一帖,涉及到驅動變壓器的計算.  個人覺得計算本身是比較簡單的,但是想獲得較好的參數還是需要實測調試.

    目測12圈,兩邊對稱,使用磁環制作驅動變壓器,好處是耦合系數高,因為磁環本身的磁導率較高,繞制也方便,不過如果圈數較多,采用骨架繞制更方便一下.

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2016-08-17 14:35
@hello-no1
  目測12圈,兩邊對稱,使用磁環制作驅動變壓器,好處是耦合系數高,因為磁環本身的磁導率較高,繞制也方便,不過如果圈數較多,采用骨架繞制更方便一下.[圖片]
    今天這會手頭上事情不多,所以多關注了一下,哈哈
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2016-08-17 17:14
@hello-no1
  今天這會手頭上事情不多,所以多關注了一下,哈哈
這是買的一個共模電感,其實參數是不太合適的線圈有點少,圖1-4顯示的100KHz時占空比最大70%超過了就飽和了。有網友說50-100KHz的開關頻率變壓器電感量可選1-2mH。
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2016-08-18 07:11

上面的實驗和仿真都是用RCD電路去磁,下面仿一個采用隔直電容去磁的。

                                                 圖3-1初級隔直電容去磁隔離驅動電路

                                                   圖3-2初級隔直電容去磁的波形

圖3-2的波形顯示單采用初級隔直電容輸出驅動n_Vgs信號的峰峰值不變,正、負電壓比例受占空比影響,隔直電容C2通過自動調節電壓大小維持伏秒平衡同時也改變了正負比例。

一般可在次級串聯一個同樣大小的電容C4來解決這個問題,電路如下

                                                 圖3-3次級加補償電容電路

仿真結果如下

                                                      圖3-4次級電容補償后的波形

如圖3-4當穩態時次級電容和初級電容的壓差不變也可以認為是兩個電容互相抵消,從而實現了去磁又不影響電路的效果。

成也蕭何敗也蕭何,當占空比動態變化較大時電容反而會造成開關管誤的觸發。

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xuntest001
LV.2
21
2016-08-18 08:28
@boy59
能量和信號傳遞分開可以實現變壓器+光耦組合隔離方式,見下圖。[圖片]                        圖2-5變壓器+光耦組合隔離電路這里隔離變壓器只做能量傳遞對電容C1充電使電容電壓維持在5V左右,光耦實現信號傳遞。相對于普通的光耦隔離這個方式不需要輔助繞組能量可以自給自足。如果將能量和信號傳遞徹底分開則可以實現100%的占空比,見下圖。[圖片]                        圖2-6可實現100%占空比的隔離電路外接或自搭一個小于等于50%占空比的信號用來驅動變壓器實現能量傳遞,獨立出來的PWM信號不受限制可以實現占空比0-100%的變化。

我個人感覺這個可能有缺陷,速度做不快,而且上升沿、下降沿時間差很大,可以做個試驗測試下

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2016-08-18 08:58
@xuntest001
我個人感覺這個可能有缺陷,速度做不快,而且上升沿、下降沿時間差很大,可以做個試驗測試下
圖2-6這個電路的性能取決于光耦的性能,如果選用MHz級的光耦可實現MHz級的隔離驅動,我想最大的問題是能否接受增加一個高速光耦的成本問題。
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xuntest001
LV.2
23
2016-08-18 10:23
@xuntest001
我個人感覺這個可能有缺陷,速度做不快,而且上升沿、下降沿時間差很大,可以做個試驗測試下
問題是,光耦只是一部分問題,最重要的是三極管,這種模式,最終的開通速度很慢
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xuntest001
LV.2
24
2016-08-18 10:57
@xuntest001
問題是,光耦只是一部分問題,最重要的是三極管,這種模式,最終的開通速度很慢

如果要驅動能力好的,速度快,建議用兩級圖騰,光靠一個三極管驅動圖騰,速度跟不上

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xuntest001
LV.2
25
2016-08-18 10:57
@boy59
能量和信號傳遞分開可以實現變壓器+光耦組合隔離方式,見下圖。[圖片]                        圖2-5變壓器+光耦組合隔離電路這里隔離變壓器只做能量傳遞對電容C1充電使電容電壓維持在5V左右,光耦實現信號傳遞。相對于普通的光耦隔離這個方式不需要輔助繞組能量可以自給自足。如果將能量和信號傳遞徹底分開則可以實現100%的占空比,見下圖。[圖片]                        圖2-6可實現100%占空比的隔離電路外接或自搭一個小于等于50%占空比的信號用來驅動變壓器實現能量傳遞,獨立出來的PWM信號不受限制可以實現占空比0-100%的變化。

如果要驅動能力好的,速度快,建議用兩級圖騰,光靠一個三極管驅動圖騰,速度跟不上

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2016-08-18 12:50
@xuntest001
如果要驅動能力好的,速度快,建議用兩級圖騰,光靠一個三極管驅動圖騰,速度跟不上

謝謝你的建議,下面的是一位前輩設計的光耦隔離驅動電路

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xzpws
LV.2
27
2016-08-18 17:05

萬能板測試

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木木杜
LV.3
28
2016-08-18 17:52
@hello-no1
  目測12圈,兩邊對稱,使用磁環制作驅動變壓器,好處是耦合系數高,因為磁環本身的磁導率較高,繞制也方便,不過如果圈數較多,采用骨架繞制更方便一下.[圖片]

請問一下,和這種有什么區別呢?新手,求教謝謝。這個繞制有什么講究呢?

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木木杜
LV.3
29
2016-08-18 18:16
@hello-no1
  其實最笨的方法就是數他的磁環漆包線的圈數,我之前開過一帖,涉及到驅動變壓器的計算.  個人覺得計算本身是比較簡單的,但是想獲得較好的參數還是需要實測調試.
求帖子鏈接,謝謝
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2016-08-19 07:32
@boy59
上面的實驗和仿真都是用RCD電路去磁,下面仿一個采用隔直電容去磁的。[圖片]                          圖3-1初級隔直電容去磁隔離驅動電路[圖片]                          圖3-2初級加隔直電容去磁的波形圖3-2的波形顯示單采用初級隔直電容輸出驅動n_Vgs信號的峰峰值不變,正、負電壓比例受占空比影響,隔直電容C2通過自動調節電壓大小維持伏秒平衡同時也改變了正負比例。一般可在次級串聯一個同樣大小的電容C4來解決這個問題,電路如下[圖片]                                                 圖3-3次級加補償電容電路仿真結果如下[圖片]                                                      圖3-4次級電容補償后的波形如圖3-4當穩態時次級電容和初級電容的壓差不變也可以認為是兩個電容互相抵消,從而實現了去磁又不影響電路的效果。成也蕭何敗也蕭何,當占空比動態變化較大時電容反而會造成開關管誤的觸發。

占空比動態變化仿真的電路如下:

                                                  圖3-4 電容去磁變壓器隔離驅動

首先占空比由90%突變到10%

                                                     圖3-5 占空比90%突變到10%

由圖3-5所示當占空比突變后輸出驅動n-Vgs的電壓發生了上漂結果會導致開關管的誤觸發。

當占空比由10%突變到90%的波形如下

                                                       圖3-6 占空比10%突變到90%

圖3-6當占空比有小到大突變后導致n_Vgs信號下漂造成開關管不觸發。結合圖3-5和圖3-6這個問題是由于電容C2和C4的壓差發生了變化,如果能保持C2-C4的電壓不變則輸出驅動n_Vgs將不受電容的影響。

將電路圖3-4中的電容C4改成10nF后仿真結果如下:

 

                                                       圖3-7 C4=10nF占空比大到小突變波形

                                                         圖3-8 C4=10nF占空比小到大突變波形

如圖所示選擇恰當的電容或許采用隔直電容復位的變壓器隔離驅動本身就能滿足動態要求。

如果漏感按0.1%設計可以得到更寬的占空比范圍。

  

                                                        圖3-9 漏感0.1%占空比95%-5%突變  

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2016-08-25 17:19

嘗試過幾種方法,采用隔直電容是其中最簡單實用的方法。電路中加了比較器用來修正波形,電路如下。

                                           4-1 隔直電容+比較器變壓器隔離驅動

仿真結果如下

                                              4-2 占空比98%-2%突變驅動波形

                                              4-3 占空比2%-98%突變驅動波形

如圖4-2、圖4-3經過比較器的修正后波形比較理想。這種帶隔直電容的隔離驅動占空比變化范圍越寬越難設計,在仿真中是按如下方式確定參數的:

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