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AC/DC

評估絕緣型返馳式轉換器的性能和確認重點

重要確認重點:變壓器的飽和

下列各項非規格的「重要確認重點」中,「MOSFET的汲極電壓和電流、輸出整流二極體的耐壓」已在前文中說明。本節將說明「變壓器的飽和」。

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變壓器的飽和
這些要說明的變壓器T1的飽和,是和主管返馳動作的一次側線圈、二次側線圈相關。T1配備產生電源IC所需電源VCC的第三線圈(端子4、5),須另行確認是否如同設計般產生VCC

一開始先複習變壓器的飽和。變壓器所使用的磁性材料(鐵、鐵氧體(Ferrite)等),其磁束密度處於飽和狀態。流向變壓器一次側線圈的電流一但增加,磁場強度就會變大,但磁束密度並非無限擴大,對於電流增加,磁束密度幾乎不會跟著增加。此種狀態稱為飽和磁化,此時的磁束密度就是飽和磁束密度。

超過上限後成為飽和磁化的狀態,稱為變壓器的飽和。這部分和電感相同。變壓器的飽和除了不會增加磁束密度外,電感反而會急速減少。

電感一但減少,只剩下變壓器的線圈抵抗直流電。也就是說,變壓器飽和後將流過大電流。變壓器的飽和將是設計電源時須解決的問題。這點也和電感相同。

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右邊波形資料是開關變壓器一次側、內建MOSFET的Ids,綠色線為正常,即變壓器未飽和。相對於此,紅色虛線則是變壓器飽和時的典型波形。

如同上述,變壓器一但飽和,將流過大電流,造成Ids出現峰值電流,也就是電流急遽增加。電流過大時,就可能破壞MOSFET。

設計變壓器時,計算一次側最大電流Ippk,以設計出適合的變壓器,但觀察到像上述波形資料般的Ids電流波形時,就必須重新設計變壓器。設計變壓器相關內容請參照此處

以下彙整了變壓器飽和的確認重點和設定的條件。

<變壓器飽和的確認重點>

  • 利用示波器和電流探針等,觀察汲極電流Ids的電流波形
  • 變壓器飽和時,Ids上升幅度將出現變化,Ids急遽上升
  • 電流上升可能會破壞MOSFET等
  • 確認變壓器已飽和的時候,請確認Ippk等的實際狀態
  • 視情況有可能必須重新設計變壓器
<設定確認時的條件>

  • 輸入電壓:最小值、最大值(電源啟動時、常態運轉時)
  • 負載電流:最大值
  • 環境溫度:溫度條件的上限和下限

重點:

・變壓器不可以飽和。

・利用示波器和電流探針等,觀察一次側的電流波形。

・變壓器飽和時,可能會流過大電流,進而破壞MOSFET等。


隔離型返馳轉換器的性能評估和重點