脉冲变压器设计与制作指南.pdf

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1、脈衝變壓器（PulseTransformer）講義Date：2001年6月12日動作原理與計算結構說明脈衝變壓器的用途一般測試項目實際應用範例1.動作原理與計算：(註1)脈衝變壓器的動作與傳統的變壓器相同，只是因為它的E-T常數很小，只能承受很小的脈衝寬度，所以稱它為：脈衝變壓器，現在我用帛漢生產的DC/DC上用到的脈衝變壓器，來解釋其電氣原理：註1.：E-T常數是評量變壓器的係數（單位是：V–Second），定義該變壓器輸入端，可以承受多大的：電壓與工作時間寬的乘積，如果輸入端的訊號，其電壓與工作時間寬的乘積超過該數量的話，該變壓器將無法正

2、常工作，其輸出訊號會『失真』。例如：該變壓器規格標示E-T常數=20μ（V-Second），表示：如果我們輸入電壓為10V方波時，訊號Hi的寬度最好小於2μSecond，否則訊號經過該變壓器之後，方波將會變形失真。E-T=係數*圈數*鐵心截面積*磁通密度相同鐵心，圈數繞越多，E-T常數越大，該道理可以從日常生活中得知，例如：早期從日本買回來的電視機，其變壓器是用100V設計的，回到台灣後，電壓為110V，除了變壓器的輸出電壓會升高外，變壓器的E-T常數不符，將會造成變壓器發燙。(a).線路圖電路中，T1的功能就是脈衝變壓器，當Q1或Q2導通時

3、，輸入直流電壓跨在N1或N2，由於Q1與Q2會交替導通，對T1而言，就像交流電跨在N1與N2，鐵心的磁滯曲線會從第一象限，轉到第三象限，（B-H曲線）如下圖所示：Page1脈衝變壓器（PulseTransformer）講義Date：2001年6月12日(b).鐵心的B-H曲線Q1導通時Q2導通時此處的面積大小與損失成正比(c).施加於變壓器N1、N2電感上的電壓與磁通密度電壓值＊時間的面積與磁通密度成正比磁通密度與電壓的積分成正比T0T1(a).令磁通為Φ，加在繞組N1圈上的電壓V，根據法拉第定律，可以下式表示：dψV=N*………………………

4、……………………...（1-1）dt(b).將上式兩邊以半週期積分運算（所謂積分就是算這半週期T0~T1之電壓*時間的面積，就是剛才說的E-T常數），令Φ＝B*Ae（磁通量＝磁通密度*截面積），則其公式如下：T1∫2Vdt=Ae*[]B(+B=>-B).………………..（1-2）N0積分的時間t係介於0～T／2（T0～T1）半個週期之內，此期間內之磁通密度變化，介於─B～＋B的2B範圍內，由式子（1-2）可以求得Page2脈衝變壓器（PulseTransformer）講義Date：2001年6月12日V*T=Ae*2*B…………………….……

5、…………..（1-3）2*N4*N*Ae*BV=…………….……………………..…..（1-4）T1∵T＝2*TON(Duty50%)及f=，代入（1-4）後T2*N*Ae*BV=……………...……………………..…..（1-5）TonV=4*N*Ae*B*f…………..……………………..…..（1-6）從（1-5）式取出N後得到V*TonN=………………….…………..….………..…..（1-7）2*Ae*B上式若磁通密度的單位為高斯（Gauss），Ae的單位為cm2，則（1-7）式又可寫作：-8V=4*N*Ae*B*f*10…………

6、...…………………..（1-8）從（1-8）式可以知道：現在的CPU由5V轉成3.3V（V減小），振盪頻率升高（f增加），所以Ae可以變的比較小。上圖所用的架構是有中間抽頭，而且是直流輸入，磁通正負極來回跑，如果是計算沒有中間抽頭的變壓器時，因為磁通只有單邊飽和，計算式將會變成：-8V=2*N*Ae*B*f*10..…….………..…….…………..（1-9）如果輸入的波形是Sin波、三角波…..，計算式的係數將會有所差異。2.結構說明：2.1.鐵心選擇：PulseTransformer的鐵心是使用Ferrite材質，μ值大約4000以上，

7、飽和磁通密度（BS）4100高斯（Gauss）左右，為了得到良好的訊號耦合效果及減少體積，鐵心的幾何形狀大都選用環形（TOROID），隨著傳送頻率的升高，鐵心的截面積（Ae）逐漸減小，從早期的T6*3*1.5（外徑*內徑*高）變成T4*2*1更減小到目前的T2.5*1.2*0.8，可以想見繞線的困難度是越來越高。2.2.繞線方式：依電氣規格要求，通常用到的方式如下：Page3脈衝變壓器（PulseTransformer）講義Date：2001年6月12日(a).初級與次級並繞，呈360°平均重疊繞(b).初級與次級分別於鐵心兩邊，各繞45~1

8、60°(c).初級與次級先絞線後，再平均繞到鐵心上初級與次級並繞初級與次級分別於鐵心兩邊3.脈衝變壓器的用途：3.1.不同『地』的訊號傳遞：電腦連線時，因為每台電腦