大家可以常见的小功率电源几乎都是反激电路,LED电源有些是单端/交错正激,它们都是单端形式,磁芯只能利用第一象现。而推挽和桥式电路,利用了磁芯的一三象限,所以同磁芯、同频率来比较功率会大4倍。所以大功率的电源基本都是桥式或推挽拓扑。在低压升压逆变电路中,几乎都是推挽拓扑,因为它的电路最简单,且开关管是共地且只需要2个。虽然现在很的PWM芯片都很完善,但是,自激电路非常简单,业余条件下做了学习基本功,还是有意义的。
推挽自激电路,又名罗耶振荡器,是1955年美国人罗耶发明并以他命名的一种电路。很明显,1955年是没有MOS管的,所以当时的电路是基于三极管的,但是三极管的缺点是非常多的,比如功率大的放大倍数小难驱动,正向压降大,不能高频化,还容易高频自激而损坏。现在的很多场合都是用MOS管,我们能不能用MOS管来做自激呢?答案是肯定的。
MOS管推挽自激电路
如上图。本电路的核心是变压器T1和开关管Q1 Q2及一系列阻容。工作原理:当开关S1闭合的时候,继电器的线圈得电,+12V电源经过电感L1给变压器N1 N2的中抽头供电,而且,这个电流会通过C1及R2流向N3、N4的中抽头,继而通过N3 N4流向R3 R4之后流向Q1 Q2的栅极G极。
此时呢,如果我们用刻舟求剑的眼光去看,觉得Q1 Q2会一起导通而烧毁,但事实上是不会的。因为N1与N4是同名端,N2和N3是同名端,而这世界上没有绝对相同的两片树叶,它们电感量、内阻等绝对是会不一样的,还有MOS管的导通电压也不会是绝对样的。这些累积起来的参数,只要有丝丝的差别,哪怕是偶然的差别,假设此时是Q1会领先一点轻微导通,此时N1上会有电流,继而马上互感到N3 N4上。而N4是同名端,它会马上叠加电流/电压到Q1的G-S极,产生极快的放大,并让Q1彻底导通。
而N3是非同名端,它也会由弱到强地产生相反的电动势,让Q2的G-S极产生负压,而非常果断的关闭。当Q1导通之后,变压器N1绕组达到磁饱和后,电流增加,而磁通量不会再增加,N4上就不能互感到电压/电流后,N1上会迅速产生强烈的反相电动势,此时,N4上的电动势也跟着反向了,所以Q1会迅速截止。而此时对于N3来说是同名端了(因为N1上的电流反向了)此时N3通过R3把电流/电压提供给了Q2,Q2也会马上导通,当变压器N2绕组再次达到磁饱和后,N2也会产生反向电动势,让N3也产生反向电动势以上Q2截止,同时让N4互感到电流让Q1导通……这样周而复始,就形成了振荡。电感L1是退耦及限制峰值电流的,没有它此电路的空载电流会非常大,开关管极热且易坏。
建议实例:变压器用EE磁芯,不可以有缝隙。以EE40为例,N1 N2用1.5mm的漆包线绕6匝之后抽头再绕6匝。N3 N4用0.5mm 的漆包线绕5匝后抽头再绕5匝。N5用0.5mm左右的漆包线绕55-60匝。其他阻容可以直接按图中标注的参数。
这里要专门说一下的是为什么要用倍压整流,因为这样可以减小变压器的匝比,且交流电压很低,不易击穿漆包线,减小危险。实践中,如果不起振,可能是绕N1 N2与N3 N4时把方向搞错了,可以调换N1 N2的头尾而不动抽头就可以了(当然也可以调换N3 N4的头尾)。一对TO-220的管不易超过15A的电流,TO-247的管不宜超过30A。
另外,频率的计算公式F=U/(4*B*S*W) 。式中U=12V,B是磁芯的饱和磁感强度,一般是0.6T,S是磁芯的中柱截面积,一定要换算成平方米。W是N1或N2的匝数。
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