脉冲电压转换器。 无线电电子电气工程百科全书

无线电电子与电气工程百科全书 / 电压转换器、整流器、逆变器

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关于脉冲变压器的神话、童话、传说和祝酒

世界各地对高频电源变压器和扼流圈存在许多误解。 让我们尝试揭穿它们。 不幸的是，教科书和手册中最不明确的部分与磁性成分相关，使通常简单的日常物体和现象变得复杂。 是的，有很多未知的变量，是的，有很多你需要知道的微妙之处，但理论对它们保持沉默，而流行文学则撒谎，为特定问题提供经验公式作为所有场合的解决方案。 例如。

神话一。 填充铜的核心窗口区域的百分比越大（理想情况下为 100%）越好。 错误的。 在许多设计中，100% 覆盖率与 75%（相同匝数、不同线径）相比会导致更高的 RF 损耗。 不能盲目地将计算方法从50 Hz转移到500 kHz。

第二个神话。 在最佳变压器中，绕组电阻损耗和铁芯损耗是相同的。 错误的。 通常，一个损失数字与另一个损失数字相差 1-2 个数量级。 那又怎样——这不是设计师的主要标准。 这种方法也是“五十赫兹”的遗产——这就是在大型网络变压器中确保热平衡的方式。 我们拥有整个绕组 - 一层或两层，并且传热条件大大简化。

第三个神话。 漏感应为励磁电感的1%。 错误的。 它应该尽可能低，而不显着降低其他重要参数。 如果你能把它提高到 0.1% - 那就太好了。 有时你必须停在 10%。

第四个神话。 漏感是磁芯磁导率的函数。 错误的。 绕组的漏感实际上与线圈中是否有磁芯无关。 更准确地说，整个差异在 10% 之内（这是几千个 mu 的情况！）。 你可以检查一下。

第五个神话。 绕组中的最佳电流密度为每平方毫米 2A。 或者4A。 或者8A。 狗也和他在一起。 电流密度并不重要。 重要的是电线的散热，以及整个设计是否能够在可接受的温度下提供热平衡。 根据冷却效率（从辐射到真空到沸腾阶段冷却），允许的电流密度会发生两个数量级的变化。 Ridley 制造变压器已经有 20 年了，但我们从未找到“最佳电流密度”——只有变压器的温度对我们来说很重要。

神话六。 在最佳变压器中，初级和次级的损耗是相等的。 错误的。 如果不相等，那又怎样？ 最主要的是它们都不会过热。

第七个神话。 如果导线直径小于趋肤效应深度，则不会出现明显的射频损耗。 非常有害的言论。 在多层绕组中，即使使用非常细的导线，也会产生损耗。

神话八。 无负载时变压器电路的谐振频率必须明显超过转换频率。 错误的。 她无所谓。 在理想变压器中，电感趋于无穷大，因此开路的谐振频率趋于零……那又怎样呢？ 事实上，谐振的重要性不是针对二次电路的开路，而是针对二次电路的短路。 该谐振应比载波频率至少高两个数量级。

变压器阻抗测量

设备连接选项

在此配置中，分析仪显示负载短路和负载开路条件下从 10Hz 到 15MHz 的变压器阻抗。 对于短绕组的脉冲变压器，需要沿着最短路径以最小的损耗提供短路。 毕竟，闭合半环即使直径有几厘米，也已经具有与初级漏感相当的电感。 漏感取决于频率！ 作为镇流器 Rsense R=0.1..1 欧姆。 仅使用低电阻电桥或带有电流发生器的欧姆表来测量绕组的欧姆电阻。 经过一系列测量后，您可以确定：

磁化电感 - 绕组电阻 - 漏感 - 短路和开路的谐振频率和品质因数 - 绕组电容（每匝最高 3 pF）。

关于电流控制

正确实施的每tact电流限制允许您创建不可杀死的PN。 为此，电流传感器必须速度快（延迟为几纳秒），并且直接加载到控制器 IC 的控制输入上。

RC 低通滤波器可抑制寄生脉冲串保护的误跳闸。 这里有必要在速度和抗噪性之间做出折衷，以便过度滤波不会错过真正的过量电流。

在脉冲前沿关闭保护的控制器也不是万能的。 防御盲目的 100 纳秒（左右）延迟也可以杀死 PN。 因此，建议强制限制晶体管的开关速度（这也降低了电流传感器和空间中的干扰和辐射水平）。

如何测试电流保护？

短路PN输出-整流器和输出滤波器之后。 不幸的是，由于整流器本身短路，任何电流保护都无法帮助您的晶体管。

将探头连接至电流传感器。 逐渐增加电源电压，直到控制器开始生成载波。 在示波器上，您应该观察到窄峰值 - 保护电路应该快速关闭开路晶体管。 脉冲的幅度必须与保护阈值相对应。 将电源电压提高到最大值。 脉冲的持续时间应该变窄。 幅度可以增加（由于电流反馈传播的延迟），但不会显着增加。 如果它与输入电压成比例增长 - 停止，则说明您的操作系统太慢。

然后 - 这很重要 - 应在最低和最高气温下重复测量周期

这一点很重要：电流互感器所绕的铁氧体的参数会随着温度的变化而变化，因此看起来并不小。

关于缓冲器

缓冲器（snubber-damper）——与绕组并联的RC电路——用于分流高频振铃。 必须抑制振铃，否则转换器可能会出现故障、过度拾取和不稳定。 通常，如果振铃频率超过载波大约两个数量级或更多，则 RC 分流器足以使不规则的绕组安静。 如果不是，那么您需要寻找解决方法，因为这样很大一部分载波及其最接近的谐波将落入分流带宽内。

第一的。 确定寄生振荡的频率。 首先，在低负载电流下运行电路。 为了不改变电路，示波器探头必须具有最小的自电容。 如果没有，请尝试将探头靠近振铃电路，但不进行电气接触。 请注意，振铃频率随初级电路电压而浮动。

第二。 计算等效 RLC 电路的频率和 Q 因子。 从初级侧来看，漏感是已知的（应该是已知的！） 在次级侧，二极管的电容是已知的。

特性阻抗 Z = 2 * Pi * f * L（对于已知的 L），对于已知的 C，Z = 1 / (2 * Pi * f * C)

第三。 首先，让我们尝试一下 R 分流器，R=Z。 让我们计算一下分流器上的热损失。 如果它们过高，我们会用容量 C=1 / (Pi * f * R) 来补充链路。 增加电容是没有用的——损耗增加，振铃抑制没有改善（射频电容完全导电）。

第四。 我们用R重新计算损耗功率： P = 2* C * V * F 不干燥是指在振铃过程中仅损失载流子，不释放热量。 我们检查真实的电路。 通常，第一个近似值立即适用于大多数情况。

关于控制芯片

IC 附近的元件布局和布线至关重要！ 这在每个数据表中都会重复，但不会干扰再次重复。

首先 - 发电机的频率设定能力。 将其放置在 IP 的最底部。 不是五毫米，但越近越好。 否则，可能会出现无法解释的现象 - 例如，为 100 kHz 设计的电路会产生兆赫兹的频率，美人鱼会从 Yauza 中出来，等等。 而且，它可能不会出现在原型机上，但在串行板上它会出现在它的所有荣耀中。

其次，电源电路中的电容也应尽可能靠近 IC 的引脚焊接。

发电机锯的输出（可从外部访问）不喜欢被加载（就像我一样）。 因此，从该输出选择信号时要小心 - 即使 100 kΩ 负载也会改变锯的形状。 最正确的做法是并联产生锯，而不连接到发电机的初级电路。

IS 3842、3843 允许您将脉冲之间的暂停设置为周期的 5% 到 30%。 3844、3845 - 高达 70%。 如果需要延长暂停时间，可以通过改变R、C的时序来解决这些限制。然后从RTCT引脚到电源加上另一个电阻，将加速充电并减慢放电速度，延长可用的暂停时间时间。

IC UC3825 - 最小暂停时间（绝对值，以毫秒为单位）由电容 Сt 严格设置，请参阅文档。 但可以按照上述方法进行操作 - 通过将电阻器连接到 Ct。 这正是它随着电源电压一直浮动的时间。

IC 输出驱动器不喜欢感性负载（例如隔离变压器），因为感性负载会导致栅极跳动。 而且，如果它不在实验室中表现出来，那么在现实生活中它肯定会在最不合时宜的时刻出现。 毕竟，变压器的参数是浮动的......因此，建议使用二极管保护栅极，并与变压器的初级并联 - 使用电阻器。

第一代控制器，尤其是较旧的控制器，无论是在参考电压（您可以接受这一点）还是在时序方面都极其不稳定，甚至会导致触发顺序错误和载波频率过度漂移（取决于稳定性）的参考水平）。 如果您愿意 - 使用 IS 要么是最近一年的制造，要么带有表示“改进”选项的后缀。 那些。 TL594不是TL494等。

例如，Bryansk IC KR1156EU2（模拟 3825）的一个未记录的功能 - 使用 12V 电源、正确接线、ILIM 输入处具有抑制电平，输出 14 处于低电平（正常）和短时间，大约 11 ns 峰值蠕动通过输出 100 -“底切”载波幅度高达 9V 的前沿。 某处触发器无法正常工作。 但这些切口足以打开快门并（突然）杀死电路。

关于 OC 环路截止频率

关于测量闭环 FN 的增益 - 最好按照下一节所述使用频谱分析仪进行测量（振荡器是不够的）。

对于采用电压控制的正向和反向光伏发电，截止频率应不超过复平面右半部分传递函数零频率的四分之一。 如果满足该条件不能可靠地稳定输出，则需要重做输出滤波器。

对于所有 PN，截止频率不应超过载波频率的 1/8。

截止频率的增加受到 PN 中不可避免的噪声、振铃和其他寄生现象的限制，约为 15 kHz 的水平。 如果出于任何原因您需要了解它，电路不可避免的复杂性是在 OS 环路中引入外部高速误差放大器。

最重要的是，操作系统的截止频率本身并不是目的。 重要的是负载所需频率范围内的输出阻抗、输入电压不稳定的抑制以及输入噪声的抑制。

环路测量

在将设备投入运行之前，请务必测量操作系统循环的行为。

下面讨论的器件将电压源（扫描发生器）引入 OS 断路（第 1-2 点）。 然后记录电路任意两点的信号频谱，并显示这些频谱之比的频率响应。 输出频谱与输入频谱的比率是传输特性（以幅度表示）。 您可以使用具有变压器输出和次级绕组稳压的发生器以及示波器来定性地重复该设备。

通过频谱分析仪 АР102В - PN 带光耦合器去耦测量环路参数

通道 A 和 B 的探头连接点允许您测量各种传递函数