雙變壓器自激振蕩變換器

6V電源適配器在雙變壓器自激振蕩變換器中，開關(guān)作用由小驅(qū)動(dòng)變壓器的飽和來(lái)控制，而不是由主功率變壓器來(lái)控制，這樣改善了性能，使功率變壓器具有更好的效率。

由于主功率變壓器不再進(jìn)入飽和，所以B／H磁滯回環(huán)的形狀不是關(guān)鍵所在，更優(yōu)化的變壓器設(shè)計(jì)成為可能。進(jìn)一步，由于集電極終止電流較低，功率晶體管在更多受控的條件下關(guān)斷，故晶體管的開關(guān)作用更好。開關(guān)頻率也更加恒定，這是因?yàn)轵?qū)動(dòng)變壓器不帶輸出負(fù)載，驅(qū)動(dòng)變壓器兩端的電壓與輸入電壓無(wú)直接聯(lián)系。因此其工作頻率對(duì)電源適配器和負(fù)載的變化不敏感。

由于所有這些方面都優(yōu)于簡(jiǎn)單的飽和變換器，雙變壓器變換器常用在大功率應(yīng)用場(chǎng)合。常用于低成本的DC（直流）變壓器。

簡(jiǎn)單自激振蕩雙變壓器方波變換器的兩個(gè)主要缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用。

（1）由于開始導(dǎo)通時(shí)脈沖寬度不容易減少，所以軟啟動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)。

（2）由于是方波（100%占空比）輸出，所以輸出是不可調(diào)整的。

工作原理

圖所示的是一個(gè)基本的雙變壓器電路。其工作過(guò)程如下。

攝像機(jī)電源適配器合上開關(guān)，流過(guò)R1的電流使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)晶體管中的一個(gè)開始導(dǎo)通，假定Q1導(dǎo)通（這取決于兩個(gè)元件的增益和各自的基-射極電壓）。隨著Q1的導(dǎo)通，獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)變壓器T：產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電流提供再生反饋。Ts的原邊與Q1集電極電流耦合，它經(jīng)副邊繞組T2s為Q1提供基極驅(qū)動(dòng)。繞組的相位整定應(yīng)使Q1集電極電流增加引起Q1基極電流增加。由于T：是一個(gè)電流變壓器，則基極驅(qū)動(dòng)電流由集電極電流和T：的匝比來(lái)確定（本例使用的匝比是1／5，電流放大系數(shù)是5）。

Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，驅(qū)動(dòng)變壓器Ts副邊兩端的電壓V，是Q1的基一射結(jié)電壓加上D的管壓降（總共大約1。3V），到Q2的驅(qū)動(dòng)繞組T兩端的電壓與T2s兩端的電壓值相同，但方向相反，使Q2的基極電壓為負(fù)的0.7V。

經(jīng)過(guò)由磁心面積和副邊電壓V，確定的一段時(shí)間后，驅(qū)動(dòng)變壓器T2將飽和，Q1的驅(qū)動(dòng)電壓將降到零，Q1關(guān)斷。這個(gè)過(guò)程出現(xiàn)在主變壓器T1飽和之前。

隨著Q關(guān)斷，其集電極電流將降到零，由于反激作用，T2上的電壓將反相。Q2導(dǎo)通，Q1完全關(guān)斷。品體管Q2上出現(xiàn)與前面相同的工作周期，其集電極電流流過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器Tm的另一半繞組和主變壓器Tin，并反相。

由于Q1基-射結(jié)和D的正向電壓或Q2基-射結(jié)和D1的正向電壓可以決定T2副邊繞組兩端的電壓，T2的同步電壓固定且與電源適配器電壓無(wú)關(guān)。因此工作頻率很大程度上與電源適配器和負(fù)載的變化無(wú)關(guān)。可是溫度變化將影響兩個(gè)二極管和兩個(gè)基極電壓以及驅(qū)動(dòng)變壓器T的飽和磁通密度。因而頻率仍然受溫度變化的影響。在許多應(yīng)用中，頻率的小范圍變化并不重要。

鉗位二極管D2和D2接在開關(guān)晶體管集射結(jié)兩端，為反相的磁化電流提供通路，否則當(dāng)折算的負(fù)載電流小于磁化電流時(shí)，導(dǎo)通期間磁化電流將從Q1和Q2的基極流向集電極。雖然這只是出現(xiàn)在非常輕的負(fù)載的情況下，由于是按比例驅(qū)動(dòng)，它也會(huì)引起問題，應(yīng)該進(jìn)一步觀察。

考慮Q1關(guān)斷前瞬間的情況：在功率變壓器T原邊和Q集電極已建立起變壓器磁化電流，繞組中的流動(dòng)方向從右到左。Q1關(guān)斷時(shí)，繞組中磁化電流試圖以相同方向繼續(xù)流動(dòng)使Q1集電極變正，Q2的集電極變負(fù)（反激作用）。

由于磁化電流不能立即降到零，而Q1關(guān)斷后又不能流向Q1集電極，所以將改變回路，從Q1集電極轉(zhuǎn)向Q2的集電極，經(jīng)過(guò)鉗位二極管D2，從右到左流入Tm，如果沒有接D3，該電流會(huì)流向Q2的基一集結(jié)，由于該電流的流動(dòng)方向與正常集電極電流方向相反所以使基極驅(qū)動(dòng)電流離開基一射結(jié)面進(jìn)入基一集結(jié)（晶體管反偏）。

這個(gè)反向的集電極電流也流過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器T的原邊，但其方向與正反饋所要求的方向相反。該反向電流會(huì)阻止或至少是延緩Q2的導(dǎo)通，這是不希望看到的。但是通過(guò)鉗位二極管D2提供一條低阻抗的通路可從Q1分流大部分的反向電流。在一些情況下，要求在Q和Q2的集電極進(jìn)一步串聯(lián)阻塞二極管。

無(wú)論如何，輕載情況下，在磁化電流沒有下降到小于折算的負(fù)載電流之前，都不會(huì)有正向集電極電流或再生的基極驅(qū)動(dòng)作用。如果輕載狀態(tài)是正常的工作方式，就需要一個(gè)附加的電壓控制驅(qū)動(dòng)繞組來(lái)維持驅(qū)動(dòng)作用，直到建立起正常的正向電流。附加繞組Tm和Ts在圖中用虛線表示。

如果負(fù)載電流總是超過(guò)磁化電流，就不需要做這樣的改進(jìn)，二極管D2和D也是多余的（除非需要時(shí)作為小的緩沖元件）。

在這種結(jié)構(gòu)中，因?yàn)槭怯梢粋€(gè)晶體管的關(guān)斷過(guò)程起動(dòng)另一個(gè)晶體管的導(dǎo)通過(guò)程，所以消除了交叉導(dǎo)通。由于長(zhǎng)期來(lái)看驅(qū)動(dòng)變壓器T：的正向和反向伏秒與T1的相等，所以T的階梯形飽和不會(huì)出現(xiàn)。甚至兩個(gè)晶體管儲(chǔ)存時(shí)間上的差異也能得到調(diào)節(jié)。

如果使用具有矩形B／H磁滯回環(huán)和高剩余磁通的驅(qū)動(dòng)磁心，剛導(dǎo)通時(shí)的“雙倍磁通”就被消除了。兩個(gè)磁心都保留了對(duì)原先工作方向的磁“記憶”。系統(tǒng)不工作時(shí)，保留在驅(qū)動(dòng)磁心中的剩余磁通作為較后工作脈沖方向的“記憶”。下一次系統(tǒng)工作時(shí)，如果開始半個(gè)工作周期的方向與“記憶”的方向相同，則驅(qū)動(dòng)磁心迅速飽和，該脈沖時(shí)間縮短，因此主變壓器將不會(huì)出現(xiàn)飽和。由于這個(gè)原因，驅(qū)動(dòng)變壓器材料的剩余磁通水平B，應(yīng)該高于主變壓器材料的剩余磁通水平。

由于主磁心的磁通密度具有好的控制狀態(tài)，所以有信心選擇主變壓器的工作磁通偏移使其達(dá)到較佳效率。

從前面的討論可以看出，雖然自激振蕩電路看起來(lái)極其簡(jiǎn)單，但卻以相當(dāng)復(fù)雜的方式工作，如果設(shè)計(jì)正確，則可以提供非常有效的變換器作用。所以這種變換器（或常說(shuō)的DC變壓器）用來(lái)與原邊串聯(lián)降壓開關(guān)變換器串聯(lián)，以提供極其經(jīng)濟(jì)的多輸出電源適配器。

它的缺點(diǎn)是，這種變換器需要兩個(gè)變壓器?？墒怯捎趥鬟f很少的功率，驅(qū)動(dòng)變壓器T22。134非常小。

攝像機(jī)電源適配器飽和驅(qū)動(dòng)變壓器設(shè)計(jì)

驅(qū)動(dòng)變壓器T2實(shí)質(zhì)上是一個(gè)飽和電流變壓器。

確定了工作功率后，就可選擇功率晶體管和工作電流。根據(jù)晶體管數(shù)據(jù)，找出所需的電流放大倍數(shù)，以保證有好的飽和以及開關(guān)作用（假設(shè)本例中選擇5：1的電流放大倍數(shù)，實(shí)際值取決于晶體管參數(shù)）。

這意味著對(duì)應(yīng)于T2m原邊（集電極）繞組上的每1匝，在副邊基極驅(qū)動(dòng)繞組Tm上必須有5匝，同時(shí)可以知道基極繞組是以5匝為一級(jí)遞增的。

二極管D1的壓降加上Q1的V=（大約1。3V）決定了Tas的副邊電壓，且該電壓Ts的副邊匝數(shù)和磁心尺寸設(shè)定了頻率。現(xiàn)在必須選擇磁心尺寸，以便在基極驅(qū)動(dòng)繞組Ts為5匝（或5匝的增量）時(shí)獲得正確的工作頻率（磁心越小，相同頻率時(shí)匝數(shù)越多）。

選擇磁心尺寸和材料

假設(shè)工作頻率是50kHz，要求的電流放大倍數(shù)是5，集電極繞組用1匝。副邊繞組為匝，已知副邊繞組電壓是1.3V（V加一個(gè)二極管壓降）。

按半個(gè)周期（10μs）考慮，所需磁心的面積可由下式計(jì)算：

式中，Vs=副邊電壓，（1.3V）；

t=半周期（10μs）；

△B=磁通密度變化量（從一B到+B）；

Ns=副邊匝數(shù)（在此為5匝）。

如果選擇TDK H7A材料，根據(jù)圖，40℃時(shí)的飽和磁通密度是0.42T，B的峰峰值=0.84T。因此

根據(jù)表，磁心T482接近滿足所需的面積，本例中T2選用該磁心。

現(xiàn)在用2股導(dǎo)線雙線繞磁心5匝，形成副邊繞組Tm和T：。每個(gè)晶體管集電極的導(dǎo)線從反方向穿過(guò)環(huán)形磁心，作為每個(gè)晶體管的單匝原邊繞組，驅(qū)動(dòng)變壓器的制作就完成了。

主功率變壓器設(shè)計(jì)

主功率變壓器的設(shè)計(jì)過(guò)程與其他推挽驅(qū)動(dòng)的變換器的設(shè)計(jì)過(guò)程相同。