PWM功率级电路工作原理与脉冲变压器设计优化

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：功率推动由推动晶体管VT2、VT5、脉冲变压器TR3及振荡变压器TR2等元器件组成，由VT2、VT5组成正激式双晶体管电路，使晶体管所承受的电压应力降低一半，转换效率提高。变压器一次电感LMP：式中，fM为脉冲变压器振荡频率，设60kHz；Io为电源输出电流。VS4是钳位齐纳二极管，它的作用是低压保护。R5、R6、R7是高阻启动电阻，电路在启动期间，为IC1提供启动电压，并实施过电压保护。

功率推动由推动晶体管VT₂、VT₅、脉冲变压器TR₃及振荡变压器TR₂等元器件组成，由VT₂、VT₅组成正激式双晶体管电路，使晶体管所承受的电压应力降低一半，转换效率提高。磁心不饱和的概率上升，加上具有过电压、过电流、短路、过热等保护功能，安全、可靠，此电路被称之为“三高一小”绿色环保电源，可用于笔记本电脑。

从理论上分析：开关电源如果处在低电压大电流传递时，变压器TR₂的一次漏感将影响开关在工作周期开关管的导通，所以要求变压器的漏感尽量小，但是漏感并不是完全由变压器内部造成的，它还包括有外部电路，原理图中的VD₁₁、C₂₆、C₂₇、VS₆为电路抑制漏感而设计的。

TR₃是脉冲变压器，由IC₁的8脚输出PWM脉冲信号经过它耦合到MOSFET的栅极，为使PWM传导模式变换为连续传导模式（CCM），变压器采用0.12的匝数比和400V的输入电压，它的占空比D_M由下式计算出来：

式中，V_o为电源输出电压；V_o（VT₃）是晶体管VT₃的导通电压；n为TR₃的匝数比。

变压器一次电感L_MP：

式中，f_M为脉冲变压器振荡频率，设60kHz；I_o为电源输出电流。

振荡变压器主要参数设计如下：

为保证电路在输入电压400V的状态下，保持输出功率不受影响，设电路的最大占空比D_max^为0.546，变压器的耦合系数为0.8，其匝数n为

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设变压器二次绕组为6匝，则

变压器一次电感L_P

式中，变压器振荡频率f_s=100kHz。

图4-26中的R₂₁是电流检测电阻，它关系到电路里的过电流、短路保护，它的大小至关重要，根据开关电源安全规程，过电流保护应该是输出电流额定值的130%，电路应启动保护，还规定脉宽调制的关断电平是1.60V，这样R₂₁的计算公式为

式中，K_AG为一次磁化电流与二次脉动电流的比值，设K_AG=1.25。

电路如果处在低电压输入、大电流输出，瞬时变为空载，这时会给输出电压引起巨大的过冲，这时变压器TR₁的一次绕组不能产生足够高的电压切断IC₁的供电，实施保护，因为在这瞬间，脉宽调制的占空比趋于零，因而要抑制由于空载低电压输入时的电路驱动，振荡变压器TR₁的二次电压由于变压器储能的作用，产生足够高的V_CC电压，维护IC₁的连续工作，实施空载保护。VS₄是钳位齐纳二极管，它的作用是低压保护。R₅、R₆、R₇是高阻启动电阻，电路在启动期间，为IC₁提供启动电压，并实施过电压保护。IC₅、IC₃、R₄₁、R₄₂组成信号反馈取样电路，输出电压的高低由R₄₁、R₄₂决定。电阻R₃₉、R₄₀将决定IC₅的工作电流，此电流的大小与反馈响应时间有关，IC₅的工作电流越大，响应速度越快，但IC₅的功耗加大，一般取5mA为宜。C₂₃、C₂₄、R₄₄是误差放大器相位频率补偿。IC₂的电源供电，由VD₁₁整流，C₂₆、C₂₇滤波，电阻R₃₅限流。IC_2A、IC₄为电路输出过电流、短路进行保护。从电阻R₂₈、R₂₉分压，取出电压信号，送到IC_2A，又从R₃₁上经R₃₇取得反相信号送入IC_2A进行比较，其差值送到IC₄进行工作调整，如果电路输出电流大于4.5A，则表示IC_2A的3脚电压大于2脚，1脚输出高电平，IC₄导通，经光耦合器反馈，使IC₁的8脚输出驱动信号，促使VT₅关闭，起到过电流、短路保护作用。

PWM功率级电路工作原理与脉冲变压器设计优化

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