脉冲变压器输出波形问题

只看该作者 · 2019-6-25 18:20

我是一个研二在读学生，老师给我的任务是做一个1kV高压直流电源，功率很低，输出大约在1mA左右，但尺寸要求很严格，必须小型化。我采用的是直流逆变然后倍压上去，中间需要用到原边中心抽头的升压变压器，我参照卡罗尼尔的《变压器与电感器设计手册》设计了一款，规格是70kHz，输出功率10W，参数如下表所示：

变压器编号	1kV-70kHz
磁芯型号	PQ26/20
原边匝数	30
原边导线	#28厚漆包膜线
副边匝数	150
副边导线	#34厚漆包膜线
备注	初次级隔离怕

变压器实物及电路板如下图所示：

电路采用的是6倍压整流，测试条件是50kHz，负载用的1M欧姆，测试时发现变压器原边和副边的波形和模拟结果相差很多。先说原边：

上图是原边同名端一侧的波形，在关断MOS时存在一个350ns左右的电压尖峰，并且开通MOS管时电压下降时间长达2.24us，模拟时是立即下降到0V的。

上图时原边中心抽头另一侧的电压波形，没有尖峰但是关断MOS管时电压上升时间长达2.64us，但模拟结果是立即关断的。
再说变压器输出端，波形如下：

变压器的输出端波形不是矩形脉冲，而是变成了类似三角波的输出波形，请问这是为什么啊？不应该是方波输出吗？

只看该作者 · 2019-6-25 20:31

你真的吓到我了，1000V1mA，输出功率也就是1W。做这么一个板子？你确定你的导师会让你过关？
1KV要求真心不高，随随便便一个反激，3842驱动一个小MOS管，10倍以上的匝比，如果需要可以加点谐振，一个ee16 变压器，直接高压整流管输出就搞定的，至于你这样么？
想当初一个5551，一个EE16 就要做稳定的阴极射线管高压了，还很稳定不是？

只看该作者 · 2019-6-26 09:21

本帖最后由条件收敛于 2019-6-26 09:23 编辑

tianxj01 发表于 2019-6-25 20:31
你真的吓到我了，1000V1mA，输出功率也就是1W。做这么一个板子？你确定你的导师会让你过关？
1KV要求真心不 ...

这个板子里面还有采样保护所以比较大，大概9*13cm，测试完成之后还会重新布局，电路板直径要控制在25mm以内，之前查阅文献的时候我看到以前做这方面技术的学校的**使用的这种思路，我就延续下来了，您说的这种我还不是很了解，因为学校里没有人做这个，我本身也没有接触过电源，但课题需要必须得做，后面还需要做30kv 150kv的电源，所以就想先用倍压电路试一试。那关于变压器的输出波形您有什么看法吗这种波形正常吗？

只看该作者 · 2019-6-26 13:29

本帖最后由 tianxj01 于 2019-6-26 13:31 编辑

条件收敛发表于 2019-6-26 09:21
这个板子里面还有采样保护所以比较大，大概9*13cm，测试完成之后还会重新布局，电路板直径要控制在25mm以 ...

没看见你图纸，不过你形容有中心抽头，实物板子上贴片MOS管2个，则推测为互补推挽斩波模式。
从波形可以发现你原边主开关动作不对称，这种原边推挽变换器，最基本要求就是原边驱动和开关动作必须完全对称。
变压器副边波形畸变，最大的原因
1：原边波形不对称畸变，磁芯偏磁（甚至近饱和），而推挽管子可能有少许共通。
2：升压比高，但是原边电感量太大，造成激励电流能量弱，而副边匝数多，分布电容、负载电容大，就出不来你想看见的方波。

1万 · 2019-6-26 13:41

你这个输入电压多大

只看该作者 · 2019-6-26 13:56

叶春勇发表于 2019-6-26 13:41
你这个输入电压多大

来了？
那边在发明直流变压器，不去围观？没你不热闹啊。。。。。。。。。。。。。。

只看该作者 · 2019-6-26 14:54

叶春勇发表于 2019-6-26 13:41
你这个输入电压多大

我要做的是原边中心抽头的变压器，输入电压20V 输出200V 按照最开始的10W输出计算的话输出电流在50mA，我按照AP法计算时得到的结果是AP=0.0144（cm4）但是选择太小的磁芯有效截面面积太小，按照AP法的计算得到的匝数就太大了，根本绕不下，于是就选了PQ2620型的磁芯，得到的结果是原边需要15匝，15匝，副边需要150匝。然后测试的结果就是上面这样。测试时我电压最高只加到了560V左右，输出电流563uA，但是每半个周期就会有一个震荡，电流采样放大之后是下图这样：

实测电压输出时，也有类似的震荡但远远没有这么夸张，但是从示波器上也是可以直接观察到的。

1万 · 2019-6-26 14:55

这是我根据maxim反激变压器计算的反激电源，有错吗？
选用dcm模式仿真结果达不到1000V，只有800V。

1万 · 2019-6-26 14:58

这是仿真结果，只能到780v

1万 · 2019-6-26 15:03

求@tianxj01大神解答一下

只看该作者 · 2019-6-26 15:06

tianxj01 发表于 2019-6-26 13:29
没看见你图纸，不过你形容有中心抽头，实物板子上贴片MOS管2个，则推测为互补推挽斩波模式。
从波形可以发 ...

啊是的就是原边推挽式的斩波，我测试驱动波形是对称的，波形是下面这样：

另外一个也是这样，由于示波器另一个通道坏了所以我没有测量是不是有同时导通的情况，在实际使用的时候我把占空比调到了42%，理论上来说应该不会同时导通。后来我调到更低的时候发现情况也没有什么改善。
如果是由于变压器偏磁的话，会是什么原因造成呢？我实际测试的时候高压端电压之加到了563V左右，输出电流只有560uA，这样的输出功率应该不至于导致磁芯饱和吧。。具体的设计参数在我在上一条回复里写到了，另外我的变压器后连的是6倍压整流电路，每个电容100nf,相当于有600nF的电容负载，会是这个的原因吗？还请不吝赐教。

只看该作者 · 2019-6-26 15:17

叶春勇发表于 2019-6-26 15:03
求@tianxj01大神解答一下

嗯。。我没有使用单端反激式的拓扑结构，而是使用了推完逆变再整流的办法，上午看到了@tianxj01前辈的提醒去做了一下模拟发现的确效果很棒！只是轻载条件下会出现电压过高的情况。。当然可能是我没有选取好参数的原因，另外您的计算机结果中副边电感高达1.86H，这会不会使变压体积太过庞大呢？我的电路中最大的器件直径不能超过25mm（虽然PQ2620也超了）

1万 · 2019-6-26 15:48

条件收敛发表于 2019-6-26 15:17
嗯。。我没有使用单端反激式的拓扑结构，而是使用了推完逆变再整流的办法，上午看到了@tianxj01前辈的提 ...

电源我不太熟。这个@tianxj01时高手。

只看该作者 · 2019-6-26 17:03

叶春勇发表于 2019-6-26 15:03
求@tianxj01大神解答一下

输入12V，占空比接近80-90左右，MOS管不存在饱和效应，输入占空比可以精确控制，就这样很容易反峰做到100V左右，匝比10倍左右，基本上可以出KV电压。
原理和电视机行扫描意思差不多，高压部分，线径要细，毕竟电流这么小，关键是关心分布参数，不能用简单的排绕，分段扎堆，堆之间拉开距离，这样可以有效减少分布参数，来回绕个2-3层，很容易就耐压升压比全有了。
由于匝数比高，所以副边分布参数非常关键，分布参数大的时候，反峰就无法很好的谐振，

只看该作者 · 2019-6-26 17:10

叶春勇发表于 2019-6-26 14:55
这是我根据maxim反激变压器计算的反激电源，有错吗？
选用dcm模式仿真结果达不到1000V，只有800V。
...

K这么高，输出直接被分布参数抑制，高压输出就越达不到。
升压比做个10-20了不起了，关键是延长导通时间，从而大大的提升反峰电压，因为反峰比比较高的时候，比如12V输入，反峰做100V，则反峰速度不会像我们平常看见的方波或是一个振铃然后衰减震荡，而是一个和初次级等效谐振电容谐振的窄正弦半波。

1万 · 2019-6-26 17:17

看来电源的门道很多，多向大师学习。

只看该作者 · 2019-6-26 17:17

叶春勇发表于 2019-6-26 14:58
这是仿真结果，只能到780v

是这样的反激

1万 · 2019-6-27 13:16

经过你的指点，我重新计算了一下

1万 · 2019-6-27 13:27

mos管DS电压达到100V左右，

只看该作者 · 2019-6-27 14:23

叶春勇发表于 2019-6-27 13:27
mos管DS电压达到100V左右，

对喽，就是这么玩滴。
这样产生高压，因为反峰有谐振效应，所以效率还是很好的。
高压边采样一下，控制原边，则就是一高压稳压源。

脉冲变压器输出波形问题

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