方波逆变器及其控制电路的设计
d) 波形图如图3-12所示：
CP R S Q Q 图3-12 波形图
3.4 全桥电路驱动部分
3.4.1 全桥驱动部分电路工作原理
该全桥逆变电路采用三路隔离电源，保证NA、ND同时导通，且NB、NC同时关断；或者NA、ND同时关断，NB、NC同时导通，并且存在一段时间的死区。如图3-13所示，从QT1、QT2端获得的交流电分成三路隔离电源驱动NA、NB、NC、ND四个PNP型双极结型晶体管。变压器T2中QT1端和3、4、7、8端是同名端。当1脚为高电平时，根据同名端有：TA+低电平，NA截止；TB+为高电平，NB导通；TC+端为高电平，NC导通；TD+端为低电平，ND截止。当1脚为低电平时，根据同名端有：TA+高电平，NA导通；TB+为低电平，NB截止；TC+端为低电平，NC截止；TD+端为高电平，ND导通；所以，NA、ND同时导通，且NB、NC同时关断；或者NA、ND同时关断，NB、NC同时导通，并且存在导通死区。以三极管NA为例，如图3-13所示，当TA+为高电平时，NA截止，二极管DA1、DA2导通，QAG端输出高电平，当TA+为低电平时，即TA+为负、TA-为零，NA导通，二极管DA1、DA2截止，QAG端输出低电平。
33TC+4---5TD+TA+6TB-TA-7TB+8TA-9TA+41484148DA1DA2RA3NA1015RA1RA2QAGT2QT141562QT2789
图3-13 全桥驱动部分电路
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盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2009)
3.4.2 驱动变压器T2的设计
A. 变压器的介绍
变压器是利用互感实现能量或信号传输的器件；在开关电源中，变压器用于输入电压与输出电压之间的电气隔离及电压变换；在控制电路中，主要用于检测信号及驱动信号的隔离及变换。
d?md??N11?dtdtd?d?u2?R2i2?N2m?N22?dtdtu1?R1i1?N1???? （3-5） ???imN1?i1N1?i2N2 （3-6）
由于变压器的漏磁通、绕组电阻及励磁电流都很小，因此上式可表示为
u1N1? （3-7） u2N2i1N1??i2N2 （3-8）
变压器的主要参数有：一次、二次额定电压及电流；工作频率；电压比；额定功率；电压比；额定功率；漏感；最高工作温度。
在开关电源中，变压器的输入一般为方波，其基本关系可由电磁感应原理获得， 变压器的输入及铁心的磁通变化量如图3-14，即：
BuT0TonTSt?BH
图3-14 变压器的输入及铁心的磁通变化量
u?Nd?d?dB （3-9） ??NAedtdtdt对电压的正半周或负半周积分，得：
?udt?NA?B （3-10）
e变压器得电压比k满足：
k?u1N1 （3-11） ?u2N2变压器的漏感数值通常较小，如果过大，会使变压器发热，并产生较大的压降，
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方波逆变器及其控制电路的设计
因此在变压器的绕制过程中应尽量减少漏感；但是在某些软开关电路中，正是利用了变压器的漏感来实现软开关。
B. 设计变压器的步骤：
a) 确定变压器的工作波形，电压比k，电流有效值及工作频率，并确定绕组伏秒积的最大值；
b) 根据变压器铁心材料的Bs及电路确定磁通密度的变化量ΔB，铁心的磁通变化量可能有两种形式，如图3-15所示：
BBBm?BBr?BHHHc
图3-15铁心的磁通变化量的两种形式
c) 选择变压器的铁心结构：（如图3-16）
?udt?NAe?B 可得：
A??u1dteN 1?B窗口面积AW的关系满足下式：
A1?W?N1Ik cjkc：窗口的填充系数（0.3～0.5）；I1Σ：折算到一次侧的总电流
iF1i2+u+1N1N2-u2- 图3-16变压器的绕组
i1N1??i2N2 AN1I1/j?N2I2/jN1I1?N2I2W?k? ckcj
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3-12）
3-13） 3-14）
3-15）
3-16） （ （ （ （ （盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2009)
得
AW?2N1I1 （3-17） kcj与比较
AW?N1I1?kcj （3-18）
得
I1??2I1 （3-19）
I1??(1?2)I1 （3-20）
?TS?AeI1??2u1dtN1?B?0??AP?AWAe? （3-21）
?BkcjN1I1??AW?kcj???udt?1根据窗口面积与铁心截面积得乘积选定合适得铁心。
d) 确定一次绕组的匝数
N1udt?? （3-22）
1Ae?Be) 根据变比k确定二次绕组的匝数
N2?N1 （3-23） k
(a)尺寸 (b)实物图
图3-17 EE型铁心
EE型铁心如图3-17，表3-5给出了饱和磁通密度为0.39T的铁氧体EE型铁心的尺寸，如果选定ΔB=0.3T，电流密度j＝4A/mm2，铁心窗口面利用率kc＝0.35。
本设计中，驱动电路所用的变压器，作用在变压器上的电压为正负相等宽度的矩
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方波逆变器及其控制电路的设计
形波，原边电压为12V，变比k=1，变压器工作频率50kHz。驱动变压器的功率约为
表3-5饱和磁通密度为0.39T的铁氧体EE型铁心的尺寸 型号 EE25 EE33 EE42 A(mm) 25.00 33.00 42.15 B (mm) 10.00 13.75 21.10 C (mm) 6.55 12.70 15.00 D (mm) 6.55 9.70 12.00 E (mm) 18.60 23.50 29.50 F (mm) 6.80 9.25 15.20 5W，变压器的驱动电流约为1A，在一个周期内只有刚开始很短的时间有驱动电流，其有效值约为0.4A，又因为有4个MOSFET需要驱动，故，驱动电流约为1.2A。则流过变压器副边的电流有效值I2=0.4A×4=1.2A。
计算过程如下：
TS?11??10?4s （3-24）fs10KHzI1N1?I2N2?I1?I2N2/N1?I2/k （3-25）
I1?I2/k?1.2A （3-26）
由于变压器不带中心抽头，所以
I1??2I1?2.4A （3-27）
AP?AWAe?I1??TS20u1dt?Bkcj?2.4??12dt0.3?0.35?4TS20?10?6?3.42?10?9m4 （3-28）
从表3-6中可求得三种型号铁心的窗口面积和截面积如表3-6所示
表3-6三种型号铁心的窗口面积和截面积 窗口面积(AW) 截面积(Ae) Ae AW EE25m2 81.9×10-6m2 42.9×10-6m2 3.52×10-9m4 EE33 127.7×10-6m2 123×10-6m2 1.57×10-8m4 EE42 266×10-6m2 180×10-6m2 4.79×10-8m4 选用EE25型铁心 变压器原边匝数：
N1TS2010?420??u1dtAe?B??12dt?642.9?10?0.3?46.6匝≈47匝 （3-29）
变压器副边匝数：
N2?N147?N2??47匝 （3-30） k1 22