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ZHCADV5 March 2024 UCC27624

4.3 计算

脉冲变压器选择基于两个主要要求：最小伏秒 (VS) 和压降。伏秒规格与变压器的饱和度有关。初级侧上的压降之所以重要，是因为该压降会导致功率级中的导通损耗增加。

VS 是变压器初级侧上的电压与该电压持续时间的乘积。由于我们将一个方波应用于初级侧，因此很容易计算。应用于变压器的方波曲线下方的面积由方程式 1 给出。为了确保变压器永远不会饱和，必须计算 VS 以考虑最坏情况。

方程式 1.

V S = V_{D D} \times t_{o n}

压降是由于磁化电流而导致的栅极电压损耗。该压降由欧姆定律决定，因此需要确定磁化电流和电阻。磁化电流是来自变压器初级电感的电流。在变压器的初级侧上施加电压时，电流会根据以下公式积累：

方程式 2.

V = L \times \frac{d i}{d t}

磁化电流是初级侧总电流的一个分量。其他电流分量是栅极驱动电流和流入 PNP 基极的电流。

图 4-1 栅极驱动电路中主要电流分量的仿真

在图 4-1 中，总电流看起来与栅极驱动电流非常相似，因为它是最大的分量。但是，仍然有磁化电流通过初级侧。使用方程式 2，我们可以计算此电流。通过重新排列这些项，我们可以得出：

方程式 3.

∆ I = \frac{V_{D D}}{L_{m a g}} \times t_{o n}

随着 V_PRIME 的极性交替，通过初级侧的电流将上升和下降 ΔI。此电流以 0 为中心，因此峰值电流由下式给出：

方程式 4.

I_{p e a k} = \frac{∆ I}{2}

随着死区时间接近 0，磁化电流变为以 0V 为中心的三角波。三角波的均方根 (rms) 由下式给出：

方程式 5.

I_{r m s} = \frac{I_{p e a k}}{\sqrt{3}}

通过代入所有这些项，我们可以生成磁化电流均方根的公式：

方程式 6.

I_{r m s} = \frac{V_{D D} \times t_{o n}}{L_{m a g} \times 2 \times \sqrt{3}}

通过以下公式得出压降：

方程式 7.

V_{d r o o p} = I_{p e a k} \times R_{p r i m a r y}

通过代入前面的 Ipeak 公式，我们可以得出：

方程式 8.

V_{d r o o p} = \frac{V_{D D}}{{2 \times L}_{m a g}} \times t_{o n} \times R_{p r i m a r y}

设计人员的目标通常是实现低于 5% 的压降。这也可以用 V_DROOP 和 V_DD 表示：

方程式 9.

\frac{V_{d r o o p}}{V_{D D}} \leq \frac{1}{20}

将其代入 V_DROOP 公式，简化后的公式变为：

方程式 10.

L_{m a g} \geq 10 \times t_{o n} \times R_{p r i m a r y}

通过满足该条件，压降可保持在 5% 以下。在本例中，R_PRIMARY 是初级环路中所有电阻的总和。R_PRIMARY 的主要分量如下：

方程式 11.

R_{p r i m a r y} = R_{O H} + R_{O L} + R_{l o o p} + R_{p r i m a r y}

当驱动器采用推挽配置时，电流流经一个输出的上拉电阻和另一个输出的下拉电阻。有关展示此效果的图示，请参阅图 2-1。除了输出级的电阻外，来自分立式电阻器和变压器初级线圈电阻的任何额外电阻都会增加总电阻。