推挽式变压器基本原理，设计特点，应用场景，设计步骤全解析

1.推挽式变压器的基本原理

推挽式变压器是一种高频变压器，广泛应用于开关电源、逆变器等电力电子设备中。其基本工作原理是利用两个交替导通的开关器件（如MOSFET或BJT），通过变压器的初级绕组将输入电压转换为高频交流电压，再通过次级绕组整流滤波后输出所需的直流电压。

基本电路结构： • 初级绕组：连接到两个交替导通的开关器件。

• 次级绕组：输出高频交流电压，经过整流和滤波后得到直流电压。

• 中心抽头：初级绕组的中心抽头通常连接到输入电源的正极。

工作原理：

• 当一个开关器件导通时，电流通过初级绕组的一半流向地，产生一个方向的磁通量。

• 当另一个开关器件导通时，电流通过初级绕组的另一半流向地，产生相反方向的磁通量。

• 两个开关器件交替导通，使得变压器铁芯中的磁通量在两个方向上交替变化，从而在次级绕组中感应出交流电压。

2.推挽式变压器的设计特点

优点：

• 高效率：由于两个开关器件交替导通，每个器件的导通时间较短，导通损耗小。

• 高功率密度：能够处理较高的功率，适用于中等功率范围的应用。

• 隔离功能：通过变压器实现输入和输出之间的电气隔离，提高安全性。

缺点：

• 磁偏问题：如果两个开关器件的导通时间不完全对称，可能导致变压器铁芯中的磁通量不平衡，引起磁偏现象。

• 开关器件要求高：由于初级绕组的中心抽头连接到输入电源的正极，开关器件需要承受较高的电压。

3.推挽式变压器的应用场景

推挽式变压器广泛应用于以下领域：

• 开关电源：用于将输入直流电压转换为高频交流电压，再整流滤波后输出所需的直流电压。

• 逆变器：将直流电压转换为交流电压，用于驱动电机或其他交流负载。

• 通信设备：用于电源模块，提供稳定的电源供应。

• 工业自动化设备：如PLC、变频器等，提供高效的电源转换。

4.推挽式变压器的设计步骤

步骤1：确定输入输出参数

• 输入电压范围：确定输入电压的最小值和最大值。

• 输出电压和电流：确定输出电压和最大输出电流。 步骤2：选择变压器参数

• 变压器匝数比：根据输入输出电压比选择合适的匝数比。

• 变压器磁芯：选择合适的磁芯材料和尺寸，确保磁芯不会饱和。

• 初级和次级绕组：根据电流和电压要求设计初级和次级绕组的匝数和线径。

步骤3：设计驱动电路

• 驱动信号：设计两个交替导通的驱动信号，确保两个开关器件不会同时导通。

• 死区时间：设置适当的死区时间，防止两个开关器件同时导通导致短路。

步骤4：设计保护电路 • 过流保护：设计过流保护电路，防止变压器和开关器件过载。

• 过压保护：设计过压保护电路，防止输出电压过高损坏负载。

5.实际设计案例

以下是一个基于LT3999的推挽式DC/DC转换器设计案例： 电路参数：

• 输入电压范围：10V15V

• 输出电压：5V

• 输出电流：400mA 设计步骤：

• 选择变压器：选择一个合适的高频变压器，确保其匝数比和磁芯参数满足设计要求。

• 设计驱动电路：使用LT3999单片DC/DC推挽式驱动器，设计两个交替导通的驱动信号。

• 设计保护电路：添加过流保护和过压保护电路，确保系统的稳定性和安全性。

• 测试和优化：在实际电路中进行测试，调整电路参数以优化性能。 测试结果：

• 输出电压：在10V15V的输入电压范围内，输出电压保持在5V。

• 功耗：在整个负载电流范围内，功耗保持较低，效率较高。

• 温度：通过占空比控制，降低了LDO两端的电压差，抑制了温度上升。