在開關(guān)電源設(shè)計中，常常會用到驅(qū)動變壓器來實現(xiàn)隔離、浮地、增大驅(qū)動能力等目的，是電源中非常重要的一部分，如果設(shè)計不好直接決定整個項目的成敗，以及電源產(chǎn)品的品質(zhì)好壞。

1、采用驅(qū)動變壓器的原因

在開關(guān)電源設(shè)計中有較常用的電路拓撲：外驅(qū)BUCK、外驅(qū)BOOST、推挽、半橋、全橋、雙管反激、雙管正激等，這些電路拓撲中的開關(guān)管需要浮地、或互補、或同頻同相同幅驅(qū)動，在手頭只有較常規(guī)的單輸出PWM控制芯片，又不想再增加成本引進新驅(qū)動芯片的情況下，采用驅(qū)動變壓器是最好的選擇，它不僅用作開關(guān)電源半導(dǎo)件元器件的驅(qū)動電脈沖(如功率MOSFET或IGBT)，還可用作電壓隔離和阻抗匹配。此外，在二次側(cè)同步整流管的驅(qū)動電路也常常選擇使用驅(qū)動變壓器來實現(xiàn)他激驅(qū)動控制。其實大多數(shù)開關(guān)電源加驅(qū)動變壓器的最主要目的是為了隔離和實現(xiàn)浮地，上管跟下管不共地時，IC只能直接推動下管，上管就必須隔離驅(qū)動了。其實，現(xiàn)在也有很多專用的隔離驅(qū)動IC，也可以獲得和驅(qū)動變壓器相近的效果，但是這種集成的隔離驅(qū)動IC有些明顯的缺陷，就是導(dǎo)通和關(guān)斷有很大的延遲、需要增加額外的驅(qū)動電源、以及設(shè)計難度大。而驅(qū)動變壓器則不同，這種變壓器耦合方式的優(yōu)點是延遲非常低，無需增加額外的驅(qū)動電源，而且通過匝比設(shè)計，還可以在很高的壓差下工作。相比于專用的隔離驅(qū)動IC，這種變壓器驅(qū)動可設(shè)計的方式更多樣，可以隨時調(diào)整。

圖1 驅(qū)動變壓器電路圖

2、磁芯的選擇

典型的脈沖驅(qū)動變壓器一般多是用鐵氧體磁心設(shè)計制造的，這樣可以降低成本。高頻條件下鐵氧體具有很高電阻率，渦流損耗小，價格低，是高頻變壓器磁芯的首選，缺點是磁導(dǎo)率通常較低。常用磁心的外形大多數(shù)是EE、EER、ETD型。它們都是由“E”型磁心和相應(yīng)的骨架組成。這些骨架可以采用表面安裝法或通孔安裝法裝配。在有些情況下，也采用環(huán)形磁心設(shè)計制作驅(qū)動變壓器，這樣的優(yōu)點是漏感很小，但磁環(huán)的繞制工藝比較麻煩由于是采用小磁環(huán)，所以必須要人工繞制，成本會增加。所以不同應(yīng)用者：有的看性能、有的看價格、有的看性價比，不同的使用者關(guān)注點不一樣。

3、驅(qū)動變壓器的設(shè)計和關(guān)鍵參數(shù)分析

驅(qū)動變壓器的計算可以參照正激的方式設(shè)計，初級匝數(shù)

，通常情況下，匝比一般選擇1:1即可。

在設(shè)計驅(qū)動變壓器時，其關(guān)鍵電氣參數(shù)中的兩個參數(shù)(漏電感值和繞組電容量)是需要控制的。因為大的漏電感值和繞組電容量可能引起諸如相位漂移、時間誤差、噪聲和上沖等不合乎使用要求的輸出信號。理想情況下，驅(qū)動變壓器是不儲存能量的。不過實際上驅(qū)動變壓器還是儲存了少量能量在線圈和磁芯的氣隙形成的磁場區(qū)域，這種能量表現(xiàn)為漏感和磁化電感。盡管MOS管驅(qū)動器變壓器的平均功率很小，但是在開通和關(guān)閉的時候傳遞很高的電流，為了減少延遲，保證驅(qū)動的穩(wěn)定、安全可靠，也為了抑制高頻振蕩，保持低漏感仍然是必須的。對于驅(qū)動變壓器繞組的電容量我們希望其值小于100pF。布板的時候盡量讓驅(qū)動靠近開關(guān)管，高頻電流回路面積盡量做小，控制電路盡量遠離高頻回路。

我們知道繞組越接近磁心表面漏感越小，繞組匝數(shù)越少，越容易作到這點;另外磁心的電感系數(shù)越高、磁導(dǎo)率越高，導(dǎo)磁能力越好，漏感越小。所以大多驅(qū)動變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器都用高導(dǎo)材料來做。另外在一個變壓器中分布電容和漏感是兩個矛盾的參數(shù)，但是通過繞制方法可以折中處理。對于上升沿的時間和下降沿的時間，磁心材料尤其是繞制工藝是非常關(guān)鍵的。

圖2 驅(qū)動變壓器的微等效電路圖

從圖2可以看出，負載等效轉(zhuǎn)換后是和勵磁電感并聯(lián)的，我們所希望的是能量都加在負載上，那么最好是要求勵磁電感無窮大最好，但是實際不可能的。驅(qū)動變壓器這種本身功率并不是很大的情況，尤其要求勵磁電感要大些，不然勵磁電流大了，那么驅(qū)動變壓器的效率就小了。驅(qū)動變壓器、網(wǎng)絡(luò)變壓器等都屬于弱信號類變壓器，傳輸功率小、信號弱，這類變壓器和大家最熟悉的開關(guān)電源功率類變壓器差別較大，因此一定要區(qū)別對待。像這些弱信號變壓器更加關(guān)注的是變壓器波形的完整性，也就特別要關(guān)注微等效電路。相對開關(guān)電源功率類變壓器，信號變壓器更敏感，設(shè)計和工藝部分要求嚴格。

4、驅(qū)動變壓器的繞制

驅(qū)動變壓器主要作用是隔離驅(qū)動，將波形傳遞給需要浮地驅(qū)動的MOSFET，如果繞制工藝設(shè)計不好，會導(dǎo)致波形嚴重失真，造成很大的干擾，影響整個產(chǎn)品的效率與EMC。驅(qū)動變壓器的電流并不大，一般對趨膚效應(yīng)與臨近效應(yīng)考慮得不多，主要考慮的是耦合效果，也就是說對信號傳遞的不失真度和穩(wěn)定性。繞組在弱耦合狀態(tài)下會產(chǎn)生漏電感。繞組的匝數(shù)較多以及在制造過程中繞組的線匝排列不均勻時都將產(chǎn)生大的繞組電容量。在變壓器的電氣參數(shù)設(shè)計階段和規(guī)范的制造過程中，可以保證漏感減至最小值。那接下來就以單端雙管正激的驅(qū)動變壓器為例，來說說其繞制方法。

圖3 初級-次級繞法 圖4 次級包初級繞法

圖3這個是普通的初級-次級繞法。這樣的變壓器繞制工藝簡單，繞組的用銅量少，成本低廉。但是缺點也明顯，當(dāng)用于傳輸?shù)牟ㄐ晤l率較高時，特別是大功率電源的驅(qū)動時，容易產(chǎn)生失真，上升沿與下降沿時間變長，且有明顯的振蕩。針對這樣的情況，推薦使用次級包初級，初級包次級，三明治繞法等幾種繞制方法來改進，如圖4、圖5和圖6所示。

圖5 初級包次級繞法 圖6 三明治繞法

如果要采用磁環(huán)繞制，能在一層內(nèi)繞完初次級的所有線圈是最好的，而且初次級圈數(shù)相等是漏感最小的，如果初次級圈數(shù)不等，也要讓初次級都能均勻分布在整個窗口上。也就是說初級或者次級緊密排繞一層繞不滿整個窗口，就要均勻分開繞，讓初級和次級整個繞組剛好能排滿整個窗口。實際不一定非要只繞一層，只要均勻排滿整個窗口，就算初次級各占一層，漏感也不會太大，一般驅(qū)動也夠用了，除非對驅(qū)動速度要求極高。