高频高压变压器分布电容的分析与处理0
高频高压变压器分布电容的分析与处理
曾光1,金舜1,史明2
(1.西安理工大学,西安710048; 2.西安电信分公司,西安710003)
摘要:在分析高频变压器分布参数机理的基础上,以高压直流LCC谐振变换器为例,阐述了高频高压变压器分布电容给电路带来的不利影响,提出了一种补偿方法,并进行了仿真和实验。介绍了高频高压变压器分布电容的测试方法,推导了补偿电感的计算公式,综合使用了两种针对分布电容的处理方法。实验证明该方法是正确的。
关键词:高频;变压器/分布电容;LCC谐振
中图分类号:T M433文献标识码:A文章编号:1000-100X(2002)06-0054-04
Analysis and Disposal of Distributed Capacitance in High-frequency
and High-voltage Transformer
ZENG Guang1,JIN Shun1,SHI Ming2
(1.X i.an Univer sity of T echnology,X i.an710048,China;2.Xi.an T elecom,Xi.an710003,China)
Abstract:On the basis of analyzing the mechanism of distributed parameters in hig h frequency transformer,and w ith an instance of LCC resonant converter,the disadvantages of distributed capacitance in high-frequency and high-v oltage tr ansformer are described.T he compensat ion met hod,the waveforms o f bot h simulation and ex periment,and the method of measur ing distr ibuted capacitance ar e g iven.F ormula for calculat ion compensation inductance is derived.T wo methods are used in solving the trouble.Experimental results verify the correctness of the t heory.
Keywords:hig h frequency;transformer;distributed capacitance;LCC resonant
1前言
随着开关电源频率的不断增加,在满足了减小开关电源体积要求的同时,也带来了一系列新的问题。例如分布参数在高频情况下对电路的影响不能再被忽略。在开关型电源电路中,高频变压器是电气隔离、传输能量、电压变换的重要元件。在高频情况下,许多应用于工频的变压器设计方法不再适用,解决好高频变压器的分布参数问题非常重要。
2高频变压器分布参数模型及对分布参数问题的一般解决办法
文献[1]指出:变压器的分布参数主要是漏感和分布电容。分布电容主要是匝间电容和层间电容。建立了一个绕组的分布参数模型(图1),再经过叠加折算得到整个变压器的分布参数模型。
根据图1a经计算可得绕组的等效并联电容C c =Ci/(N-1)(N>1)。等效电容C c一般是皮法数量级,在工频时可忽略,但在高频时其对变压器的影响不容忽视。该分布电容由变压器结构、材料、体积、绕制工艺等因素决定,目前不可能完全消除。
收稿日期:2002-06-13
定稿日期:2002-08-08
作者简介:曾光(1957-),男,江西人,副教授,研究方
向为电力电子与电力传动
。
图1绕组的分布参数模型
对待该电容的处理主要有两种方法,一是利用,二是补偿。如果系统需要在变压器端口并联一个电容,正好可以利用分布电容作为该并联电容,不仅解决了分布电容带来的危害,还减少了元器件的数量。这是最为积极有效的办法。反之,若在变压器端口并联电容会给系统带来危害,则必须减弱其影响。主要是通过工艺上的改进和在变压器外部对其进行补偿。下面通过工程中实例高压直流LCC谐振变换器,详细阐述两种方法的应用。
3LCC主电路原理介绍
该电源输入工频220V电源,输出直流电压0~ 10000V,输出最大功率500W。
主电路由两级变换电路组成,前级为Buck降压电路,用以稳压;后级为LCC谐振电路,为开关器件提供零电压开通条件。变压器次级采用高压硅堆整
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流,输出为10kV
。图2 主电路结构
通过对LCC 谐振电路的详细分析,由电路工作于主模式的状态轨迹图,推导出其稳态时的解析表达式,根据此解析表达式画出LCC 谐振电路的负载曲线。最后,根据此曲线设计了实验参数:L r =230L H ,C 1=0.4L F,C 2=0.2L F 。
设计电路稳态时,工作于如下状态:开关频率f s =20kHz,T =50L s,输出功率P o =500W,输出电压V o =10kV 。高压变压器变比为1?100,则变压器初级的电压为100V,I o =5A 。
4 实验波形及结果分析
实验中,负载为200k 电阻,输出负载电压为10kV 。图3a 中,通道1为开关管上的电压波形V CE =2V S ,约为160V,通道2为谐振电感电流波形,峰值约为20A 。图3b 为谐振电容C 2上的电压波形。图3c 为输出负载部分电压,等于总电压的1/20。实测效率约为90%,这主要由于Buck 调压
电路开关损耗较大。
图3 实验波形
实验波形与理论分析基本一致,输出电压可达到一万伏,系统亦能按设定工作。但持续工作一段时间后谐振电感L 发热严重,主谐振电流开始不稳定,噪声加大,系统不能正常工作。鉴于故障总是发生在半小时左右,初步断定故障由L 发热引起。由图3a 知,流过L 的主谐振电流峰值为20A,比设计值10A 大了一倍。输出一万伏直流电压在200k 电阻负载上消耗500W 功率没有问题,变压器次级高压滤波整流模块亦无发热现象。测量变压器初级输入电流峰值约为19A,远超过设计值。说明问题出在变压器上。对该1B 100变压器进行空载试验,输入20kHz 交流,发现空载电流极大,且电流超前电压90b ,似乎该变压器带了一个电容负载。
5 分布电容的测量及仿真验证
考虑到前述的高频变压器绕组分布参数模型,建立图4
所示的高频变压器模型。
图4 高频变压器分布参数模型及简化
图中 L 1,L 2
初级和次级的漏电感C 1初级绕组等效分布电容C 2次级绕组等效分布电容R 1,R 2
初级和次级绕组的电阻
T x
没有分布参数的理想铁氧体铁心变压器
考虑到次级电流很小,R 2,L 2可忽略不计,而初级只有几匝,R 1亦忽略不计。再将C 2折算到初级后得到图4a 的简化模型(图4b)。考虑到次级匝数是初级匝数的100倍,且绕制工艺一样,可以得到C 1U 100C 2。将C 2折算至初级后,有:
C 2c =1002
C 2=100C 1
将图4b 虚线框内的P 型双端口网络等值为T 型双端口网络(图5a)。又由于T x 励磁电抗很大,励磁电流忽略不计,空载时图5a 可等效为图5b 。
图5b 中串联阻抗Z =1-￠2L 1C 2c
j ￠C 2c
,因为
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￠2L 1C 2c n 1,所以Z U
1
j ￠C 2c
。给图5b 端口加上20kHz 正弦激励,测量输入电压和电流,可算出:C 2c U 1L F,C 2U 100pF 。将此分布电容并联到变压器次级端口,用Pspice 仿真软件进行仿真。其结果(图6a)与不考虑分布电容的仿真结果(图6b)进行比较可以看出:主谐振电流分别为峰值20A 和10A 左右,分别与实验和理论值相符合。说明上述分布模型以及分布电容
的计算是比较准确的。
图5
分布参数模型的等效简化
图6 仿真波形:依次为输出电压、开关管压降、主谐振电流
6 分布电容解决方案
解决该分布电容对系统的不利影响,可从两方面着手:1利用;2o补偿。考虑到主电路正好需要与该主变压器初级端口并联一个0.2L F 的电容,而由以上分析可知,分布电容折合到初级,相当于在初级并联了一个1L F 左右的电容,因此可去掉原电路中0.2L F 的电容,用1L F 的分布电容代替。然而1L F 电容比期望的0.2L F 大得多,因此需要进一步采取措施减小分布电容。这可以从两方面来着手:1改进变压器的绕制工艺;o用外部并联电感进行补偿。在多次改进工艺效果不明显的情况下,采用第二种方法。下面详细介绍补偿法。
在图5a 虚线框左端并联电感L *,得到图7a
。
图7 电感补偿电路的分析简化
图7a 虚线框内的P 型双端口网络可以等效为图7b 虚线框内的T 型双端口网络。其中:
Z 1U j L 1L *C c 2￠3
L *C 2c ￠2-1
(1)
C *U 1
j(L *C 2c ￠2
-1)
L *￠。现令C *=0.2L F,得L *=0.08mH ,再将L *
代入式(1),并考虑到L 1和C 2c 数量级都是10-6,Z 1相当于是一个相当大的电容,对于20kHz 来说Z 1相当于短路。因此,可得到图7c 的简化等效电路。从图7c 可以明显的看出,经过L *
补偿以后,原来的变压器相当于漏感加大了一倍,并在初级并联了一个0.2L F 的电容,正好
符合主谐振电路的参数要求。
7 实验验证
图8示出实验波形。实验中实际并联电感为0.06mH ,与分析值差0.02mH ,这主要是由测量和
对模型的简化造成的误差,但数据基本正确,仍有很
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好的指导意义。图8 用电感补偿分布电容后的实验波形
从以上波形可以看出主谐振电流减小到10A 左右。主谐振电感几乎不再发热,电路能够持续稳定工作。
8 结 论
高频高压变压器分布电容不容忽视。通过利用和补偿两种方法的综合运用能够较好地解决这个问题。利用及解决好分布参数问题对设计及制作高频高压变压器有重要的理论及实用价值。参考文献:
[1]邵学飞,李威强.浅析高频变压器分布参数的变化趋势[J].电力电子技术,1995,29(1):44~46.
[2]张占松,蔡宣三.开关电源原理与设计[M ].北京:电子工业出版社,1998.
[3]
蔡宣三,等.高频功率电子学[M ].北京:科学出版社,1993.
(上接第15页)
波形。由高频变压器次级输出的电压和电流波形可看出,此时变换器输出的视在功率达2kVA
以上。
图9 变换器工作在2M Hz/1kW 时高频变压器次级
输出的电压和电流波形
5 结 论
通过超高频感应加热电源的实验测试证明,文
中提出的E 类双管DC/AC 谐振式变换器对提高变换器的输出功率、减小驱动电路的频率具有明显的效果。用所提出的E 类双管高频谐振式逆变器设计的超高频感应加热电源,当直流输入功率为1kW 时,对4mm 宽0.18mm 厚的钢带进行焊接试验,其效果达到了工艺要求。
在实际应用中,由于被加热工件的材料和截面的变化,会影响感应器的等效电感量,但由于感应器线圈匝数比较少,因此工件的变化对电感量影响很小,对谐振频率影响也很小。通过对4mm 宽0.18m m 厚的不锈钢带、4mm 宽0.5mm 厚的碳钢带、直径为2mm 的钢丝等被加热材料进行试验,谐振频率几乎没有变化。参考文献:
[1](英)约翰戴维斯,彼得辛普森.感应加热手册[M ].张淑芳,等译,[M ].北京:国防工业出版社,1985.[2]
沈 晨,吴兆麟,等.20kW/300kHz 高频感应加热电源[J].电力电子技术,1996,30(2):10~13.[3]沈锦飞,惠 晶,吴 雷.E 类高频谐振式DC/AC 变换器[J].电力电子技术,2002,36(1):4~6.
[4]
王英剑,等.新型开关电源实用技术[M ].北京:电子工业出版社,1999.
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高频逆变器中高频变压器的绕制方法
高频逆变器中高频变压器的绕制方法 用EE55等高频磁芯制作高频逆变器,其中高频变压器的线包绕制最好参考一下电子管音响功率放大器中音频输出变压器的绕制方法.这种变压器因为要在音频20Hz~20KHz范围内力求做到平坦响应,绕法讲究,顶级的电子管音频输出变压器的频响范围甚至做到了10Hz~100KHz,而用的磁芯不过就是高矽硅钢片而已. 以大家在坛子中讨论最多也用得最多的“SG3525A(或KA3525A、UC3525)+场管IRF3205(或MTP75N06等)+EE55磁芯变压器”组合为例,功率可做到500W以上,工作频率一般在20~50KHz.其中的EE55磁芯变压器,大家一般是低压绕组(初级)3T+3T,中心抽头,高压绕组(次级)75T. 要制作好它就要注意两点: 一是每个绕组要采用多股细铜线并在一起绕,不要采用单根粗铜线,因为高频交流电有集肤效应.所谓集肤效应,简单地说就是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的(实际是越靠近导线中轴电流越弱,越靠近导线表面电流越强).采用多股细铜线并在一起绕,实际就是为了增大导线的表面积,从而更有效地使用导线.例如初级的3T+3T,你如果用直径2.50mm的
单根漆包线,导线的截面积为4.9平方毫米,而如果用直径0.41mm的漆包线(单根截面积0.132平方毫米)38根并绕,总的截面积也达到要求.然而,第二种方法导线的表面积大得多(第一种方法导线的表面积为:单股导线截面周长×股数×绕组总长度=2.5×3.14×1×L=7.85L,第二种方法导线的表面积为:单股导线截面周长×股数×绕组总长度=0.41×3.14×38×L=48.92L,后者是前者的48.92L/7.85L=6.2倍),导线有效使用率更高,电流更通畅,并且因为细导线较柔软,更好绕制.次级75T高压绕组用3~5根并绕即可. 二是高频逆变器中高频变压器最好采用分层、分段绕制法,这种绕法主要目的是减少高频漏感和降低分布电容.例如上述变压器的绕法,初级分两层,次级分三层三段.具体是: ①绕次级高压绕组第一段.接好引出线(头),先用5根并绕次级高压绕组25T,线不要剪断,然后包一层绝缘纸(绝缘纸要薄,包一层即可,否则由于以下多次要用到绝缘纸,有可能容不下整个线包),准备绕初级低压绕组的一半. ②绕初级低压绕组的一半.预留引出线(头),注意是预留,因为后面要统一并接后再接引出线,以下初级用“预留”一词时同理.用19根并绕3T,预留中心抽头,再并绕3T,预留引出线(尾),线剪断.在具体操作时这里还有一个技巧,即由于股数多,19股线一次并绕不太方便,扭矩张力也大,就可以分做多次,如这里可分做三次,每次用线6到7股,这样还可绕得更平整.注意三次的头、中、尾放在一起,且绕向要相同.然后又包一层绝缘纸,准备绕次级高压绕组
高频变压器的设计
高频变压器的设计 高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体积和重量。在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。 高频变压器的设计通常采用两种方法[3]：第一种是先求出磁芯窗口面积AW与磁芯有效截面积Ae的乘积AP（AP=AW×Ae，称磁芯面积乘积），根据AP值，查表找出所需磁性材料之编号；第二种是先求出几何参数，查表找出磁芯编号，再进行设计。 注意： 1）设计中，在最大输出功率时，磁芯中的磁感应强度不应达到饱和，以免在大信号时产生失真。 2）在瞬变过程中，高频链漏感和分布电容会引起浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部振荡，使损耗增加，严重时会造成开关管损坏。同时，输出绕组匝数多，层数多时，应考虑分布电容的影响，降低分布电容有利于抑制高频信号对负载的干扰。对同一变压器同时减少分布电容和漏感是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的电容和电感。 单片开关电源高频变压器的设计要点 高频变压器是单片开关电源的核心部件，鉴于这种高频变压器在设计上有其特殊性，为此专门阐述降低其损耗及抑制音频噪声的方法，可供高频变压器设计人员参考。 单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点，能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。在1994～2001年，国际上陆续推出了TOtch、TOtch-Ⅱ、TOtch-FX、TOtch-GX、Tintch、Tintch-Ⅱ等多种系列的单片开关电源产品，现已成为开发中、小功率开关电源、精密开关电源及开关电源模块的优选集成电路。 高频变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件，单片开关电源中高频变压器性能的优劣，不仅对电源效率有较大的影响，而且直接关系到电源的其它技术指标和电磁兼容性（EMC）。为此，一个高效率高频变压器应具备直流损耗和交流损耗低、漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小等条件。 高频变压器的直流损耗是由线圈的铜损耗造成的。为提高效率，应尽量选择较粗的导线，并取电流密度J=4～10A／mm2。 高频变压器的交流损耗是由高频电流的趋肤效应以及磁芯的损耗引起的。高频电流通过导线时总是趋向于从表面流过，这会使导线的有效流通面积减小，并使导线的交流等效阻抗远高于铜电阻。高频电流对导体的穿透能力与开关频率的平方根成反比，为减小交流铜阻抗，导线半径不得超过高频电流可达深度的2倍。可供选用的导线线径与开关频率的关系曲线如图1所示。举例说明，当f=100kHz时，导线直径理论上可取φ0.4mm。但为了减小趋肤效应，实际可用更细的导线多股并绕，而不用一根粗导线绕制。 在设计高频变压器时必须把漏感减至最小。因为漏感愈大，产生的尖峰电压幅度愈高，漏极钳位电路的损耗就愈大，这必然导致电源效率降低。对于一个符合绝缘及安全性标准的高频变压器，其漏感量应为次级开路时初级电感量的1％～3％。要想达到1％以下的指标，在制造工艺上将难于实现。减小漏感时可采取以下措施：o减小初级绕组的匝数NP； o增大绕组的宽度（例如选EE型磁芯，以增加骨架宽度b）；
高频变压器计算步骤精编版
高频变压器计算 (CCM模式) 反激式DC/DC变换电路 电路基本参数: Vo1=15V Io1=0.4A Vo2=-10V Io2=0.4A Vs=15V(范围10V~20V) Po=10W 设定参数: 1.电路工作频率(根据UC3843的特性,初步确定为50KHz),电路效率为G=75% 2.反激式变换器的工作模式CCM 3.占空比确定(Dmax=0.4) 4.磁芯选型(EE型) 设计步骤 (1)选择磁芯大小 Pin=Po/G=10/0.75=13.3W(查表),选择EE19磁芯 (2)计算导通时间 Dmax=0.4,工作频率fs=50KHz ton=8us (3)选择工作时的磁通密度 根据所选择的磁芯EE19(PC40材料)Ae=22mm2,Bmax=0.22T (4)计算原边匝数 Np=(Vs*ton)/(Bmax*Ae)=(10*8)/(0.22*22)=16.52,取整16 (5)计算副边绕组 以输出电压为15V为例进行计算,设整流二极管及绕组的压降为1V 15+1=16V 原边绕组每匝伏数=Vs/Np=10/16=0.625V/匝 副边绕组匝数Ns1=16/0.625=25.6,取整26 (6)计算选定匝数下的占空比;辅助输出绕组匝数 新的每匝的反激电压为:16/26=0.615V ton=(Ts*0.615)/(0.625+0.615)=9.92us 占空比D=9.92/20=0.496 对于10V直流输出,考虑绕组及二极管压降1V后为11V Ns2=11/0.615=17.88,取整17 (7)初级电感,气隙的计算 在周期Ts内的平均输入电流Is=Pin/Vs=13.3/10=1.33A 导通时间内相应的平均值为Iave=(Is*Ts)/ton=1.33*20/9.92=2.68A 开关管导通前的电流值Ip1=Iave/2=2.68/2=1.34A 开关管关闭前的电流值Ip2=3Ip1=1.34*3=4.02A 初级电感量Lp=Vs*&t/&i=10*9.92/2.68=37.01uH 气隙长度Lg=(u0*Np^2*Ae)/Lp=0.19mm
高频变压器的分析与设计.
高频链中高频变压器的分析与设计 文章作者：四川成都西南交通大学龙海峰郭世明江苏南京国电南京自动化股份有限公司呙道静文章类型：设计应用文章加入时间：2004年9月6日14:54 文章出处：电源技术应用 摘要：高频链逆变技术用高频变压器代替传统逆变器中笨重的工频变压器，大大减小了逆变器的体 积和重量。在高频链的硬件电路设计中，高频变压器是重要的一环。叙述了高频变压器的设计过程。 实验结果证明该设计满足要求。 关键词：高频链；高频变压器；逆变器 引言 MESPELAGE于1977年提出了高频链逆变技术的新概念[1]。高频链逆变技术与常规的逆变技术最 大的不同，在于利用高频变压器实现了输入与输出的电气隔离，减小了变压器的体积和重量。近年来， 高频链技术引起人们越来越多的兴趣。 1 概述 图1是传统的逆变器框图。其缺点是采用了笨重庞大的工频变压器和滤波电感，导致效率低，噪 音大，可靠性差。另外，谐波含量大，波形畸变严重，与要求的优质正弦波相差甚远。
图2所示为电压源高频链逆变器的框图，该方案是当今研究的最先进方案[2]，也是本文中采用的方案。采用此方案有其一系列的优点，诸如，以小型的高频变压器替代工频变压器；只有两级功率变换；正弦波质量高；控制灵活等。高频变压器是高频链的核心部件，肩负着隔离和传输功率的重任，其性能好坏直接决定逆变器的性能好坏。不合格的变压器温升高，效率低，漏感严重，输出波形畸变大，直接影响电路的稳定性和可靠性，甚至损坏开关器件，导致实验失败。 2 高频变压器的设计 设计高频变压器首先应该从磁芯开始。开关电源变压器磁芯多是在低磁场下使用的软磁材料，它有较高磁导率，低的矫顽力，高的电阻率。磁导率高，在一定线圈匝数时，通过不大的激磁电流就能承受较高的外加电压，因此，在输出一定功率要求下，可减轻磁芯体积。磁芯矫顽力低，磁滞面积小，则铁耗也少。高的电阻率，则涡流小，铁耗小。各种磁芯物理性能及价格比如表1所列。铁氧体材料是复合氧化物烧结体，电阻率很高，适合高频下使用，但Bs值比较小，常使用在开关电源中。本文采用的就是铁氧体材料。 表1 各种磁芯特性比较表
变压器的漏感与分布电容影响分析
变压器的漏感与分布电容影响分析 漏感与分布电容对输出波形的影响开关电源变压器一般可以等效成图2-43所示电路。在图2-43中，Ls为漏感，也可称为分布电感，Cs为分布电容，为励磁电感，R为等效负载电阻。其中分布电容Cs还应该包括次级线圈等效到初级线圈一侧的分布电容，即次级线圈的分布电容也可以等效到初级线圈回路中。图2－43 开关电源变压器等效电路设次级线圈的分布电容为C2，等效到初级线圈后的分布电容为C1，则有下面关系式：上式中，Wc2为次级线圈分布电容C2存储的能量，Wc1为C2等效到初级线圈后的分布电容C1存储的能量；U1、U2分别为初、次级线圈的电压，U2 = nU1，n = N2/N1为变压比，N1 、N2分别为初、次级线圈的匝数。由此可以求得C1为：C1 = n2C2 （2-121）（2-120）式不但可以用于对初、次级线圈分布电容等效电路的换算，同样可以用于对初、次级线圈电路中其它电容等效电路的换算。所以，C2亦可以是次级线圈电路中的任意电容，C1为C2等效到初级线圈电路中的电容。由此可以求得图2-43中，变压器的总分布电容Cs为：Cs = Cs1 + C1 = Cs1 +n2C2 （2-122）(2-122)式中，Cs为变压器的总分布电容，Cs1为变压器初级线圈的分布电容；C1为次级线圈电路中总电容C2（包括分布电容与电路中的电容）等效到
初级线圈电路中的电容；n = N2/N1为变压比。图2-43开关变压器的等效电路与一般变压器的等效电路，虽然看起来基本没有区别，但开关变压器的等效电路一般是不能用稳态电路进行分析的；即：图2-43中的等效负载电阻不是一个固定参数，它会随着开关电源的工作状态不断改变。例如，在反激式开关电源中，当开关管导通时，开关变压器是没有功率输出的，即负载电阻R等于无限大；而对于正激式开关电源，当开关管导通时，开关变压器是有功率输出的，即负载电阻R既不等于无限大，也不等于0 。因此，分布电感与分布电容对正激式开关电源和反激式开关电源工作的影响是不一样的。图2-44和图2-45分别是开关电源变压器与电源开关管连接时的工作原理图和各点工作电压的波形图。在图2-44中，当开关管Q1导通时，无论是对正激式开关电源或反激式开关电源，分布电感Ls都会对流过开关管Q1的电流Id起到限制作用，即降低Id的电流上升率，这对保护开关管是有好处的；因为，开关管刚导通的时候，电流在管芯内部是以扩散的形式由一个点向整个面扩散的，如果电流上升率太大，很容易使开关管因局部面积电流密度过大造成损伤。分布电感Ls和分布电容Cs可以看成是一个串联振荡回路，当开关管Q1开始导通的时候，输入脉冲电压的上升率大于串联振荡回路自由振荡电压的上升率，因此，振荡回路开始吸收能量，输入电压对Ls和Cs进行充电，此时，振荡
高频变压器工作原理及用途解析
高频变压器工作原理及用途 简介 是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源中的拓扑结构有很多。比如半桥式功率转换电路，工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波，然后通过高频变压器进行变压，输出交流电，高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器：主变压器、驱动变压器和辅助变压器（待机变压器），每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准，比如主变压器，只要是200W以上的电源，其磁芯直径（高度）就不得小于35mm。而辅助变压器，在电源功率不超过300W时其磁芯直径达到16mm就够了。 工作原理 变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，当初级线圈中通有交流电流时，铁芯（或磁芯）中便产生交流磁通，使次级线圈中感应出电压（或电流）。 变压器由铁芯（或磁芯）和线圈组成，线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。 用途 高频变压器是工作频率超过中频（10kHz）的电源变压器，主要用于高频开关电源中作高频开关电源变压器，也有用于高频逆变电源和高频逆变焊机中作高频逆变电源变压器的。按工作频率高低，可分为几个档次： 10kHz- 50kHz、50kHz-100kHz、100kHz～500kHz、500kHz～1MHz、1MHz以上。传送功率比较大的情况下，功率器件一般采用 IGBT，由于IGBT存在关断电流拖尾现象，所以工作频率比较低；传送功率比较小的，可以采用MOSFET，工作频率就比较高。 制造工艺 高频变压器的制造工艺要点一。 绕线 A 确定BOBBIN的参数 B 所有绕线要求平整不重叠为原则 C 单组绕线以单色线即可,双组绕线必需以双色线或开线浸锡来分脚位,以免绕错 D 横跨线必需贴胶带隔离 1. 疏绕完全均匀疏开
高频变压器噪音与裂CORE现象改善专案报告
高頻變壓器噪音與裂CORE現象改善專案報告 一、概述: 1.高頻變壓器噪音,指電源單體在正常工作狀況下,人耳能聽到的尖銳的“滋滋”聲.聲音的產生是 由物體的掁動引起的,我們所說的噪音,是指變壓器在正常工作過程中,線圈磁CORE及由線圈和磁CORE所組成的整個變壓器,發生頻率在20KHZ以下的掁動(人耳所能聽到的頻率範圍在 20KHZ以下).應該說高頻變壓器(特別是反馳式)在高頻方波電流的激勵下,線圈將會有電流通斷的變化,磁CORE中的磁場出在不停的進行勵磁消磁的變化,勢必有線圈的伸縮掁動和磁CORE 的伸縮掁動,但電源的正常工作頻率在60KHZ~100KHZ左右,此時掁動產生的聲音超出人耳的聽力範圍,人耳是聽不到的,但當電源在工作過程中有間歇式掁蕩產生時,會引起線圈磁CORE間歇式掁動,特別是此掁蕩頻率接近線圈與磁CORE所組成的整個變壓器的固有掁動頻率時,易引發共掁現象.,此時將引發人耳所能聽到的噪音現象. 2.高頻變壓器的裂CORE指變壓器生產過程中(特別是烘烤後,或冷熱沖擊試驗後)出現的磁CORE 破裂的現象,(如下圖),CORE的破裂肯定是由受力引起的,而此力的產生(通過實驗所得),主要來源於膠固化過程和膠與磁CORE的熱脹冷縮的系數不同而產生的應力引起的. 二、案例、實驗分析: 1.******單體之變壓器25383-0001I,初期出現較為嚴重的異音現象,原工法如下圖: 消除異音的方法主要從: 1>.平衡鐵損與銅損; 2>.使變壓器磁CORE工作在較寬較穩定的Bm範圍. 3>.充分含浸線圈. 4>.緊密粘固磁CORE. 5>.消除電源線路中的間歇掁蕩現象等方面,在線路不變動的情況下有效的解決噪音問題,主 要是使變壓器充分含浸和盡可能的使磁CORE粘接牢固. 實驗一: A. 改變點膠工法,看磁CORE的粘合程度對異音現象的影響用不同的點膠工法做 25383-00001I變壓器4EA,工法如下: a.原工法,即兩邊夾紙片,中柱不點膠,異音現象嚴重. b.中柱塗白膠,兩邊夾紙片,邊柱四點固定,無明顯異音現象. c.中柱不塗膠,兩邊柱夾紙片,塗大格膠,有輕微異音. d.中柱點白膠,兩邊柱夾紙片,塗大格膠,無明顯異音. 由以上實驗可判定,異音現象與磁CORE中柱是否塗膠,即兩磁CORE是否緊密固定有較大關系,所以對點膠工法做如下改變. 通過做如上改變,********單體異音現象基本消除,但中柱所點膠在烘烤固化過程中將很大的應力作用在磁CORE中柱部分產品出現裂CORE現象.
开关变压器第十四讲 分布电容分析
开关变压器第十四讲分布电容分析 作者：康佳集团彩电技术开发中心总体技术设计所所长/高级工程师陶显芳 开关电源电压输入回路的滤波电感，其分布电容的大小对EMC指标的影响非常大，因此也需要对滤波电感线圈的分布电容构成以及原理有充分的理解。从原理上来说，滤波电感线圈的分布电容与开关变压器线圈的分布电容基本上是没有根本区别的；因此，对分布电容的分析与计算方法，对滤波电感线圈同样有效。 开关变压器初、次级线圈的分布电容，对开关电源性能指标的影响也很重要，它会与变压器线圈的漏感组成振荡回路产生振荡。当输入脉冲电压的上升或下降率大于振荡波形的上升或下降率的时候，振荡回路就吸收能量，使输入脉冲波形的前、后沿都变差；而当输入脉冲电压的上升或下降率小于振荡波形的上升或下降率的时候，振荡回路就会释放能量，使电路产生振荡。如果振荡回路的品质因数比较高，电路就会产生寄生振荡，并产生EMI干扰。 另外，开关电源电压输入回路的滤波电感，其分布电容的大小对EMC指标的影响非常大，因此在这里也需要对滤波电感线圈的分布电容构成以及原理有充分的理解。从原理上来说，滤波电感线圈的分布电容与开关变压器线圈的分布电容基本上是没有根本区别的，因此，对变压器线圈分布电容的分析与计算方法，对滤波电感线圈同样有效。 开关变压器初、次级线圈的分布电容与结构有关，因此，要精确计算不同结构的开关变压器初、次级线圈的分布电容难度比较大。下面我们先以最简单的双层线圈结构的开关变压器为例，计算它们的初级或次级线圈的分布电容。 图2-41是分析计算开关变压器线圈之间分布电容的原理图。 设圆柱形两层线圈之间的距离为d，高度为h，平均周长为g 。假定两层线圈之间沿高度的电位差为线性变化，即： 设两个线圈相对应的两表层间的电场近似均匀分布，即近似平板电容器的电场，那么，根据（2-112）式就可以求得该电场贮存
开关电源-高频-变压器计算设计
要制造好高频变压器要注意两点： 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(3~5层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层，若是偏压绕组的匝数很少，则能够采用加粗偏压绕组的线径，或许用多根导线并联绕制，改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干，相同也改善了选用初级电压来调理电源时，次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算？很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题，那么我们应该如何来计算高频变压器的匝数，从而解决这个问题？接下来，晨飞电子就为大家介绍下匝数的计算方法：
(整理)电感、变压器的高频特性与损耗、
绕组高频效应及其对损耗的影响 1.集肤效应 1.1集肤效应的原理 图1.1表示了集肤效应的产生过程。图中给出的是载流导体纵向的剖面图，当导体流过电流（如图中箭头方向）时，由右手螺旋法则可知，产生的感应磁动势为逆时针方向，产生进入和离开剖面的磁力线。如果导体中的电流增加，则由于电磁感应效应，导体中产生如图所示方向的涡流。由图可知：涡流的方向加大了导体表面的电流，抵消了中心线电流，这样作用的结果是电流向导体表面聚集，故称为集肤效应。在此引进一个集肤深度〈skin depth〉的概念，此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍： 一般用集肤深度Δ来表示集肤效应，其表达式为： (1.1) 其中：γ为导体的电导率，μ为导体的磁导率，f为工作频率。 图1.1.集肤效应产生过程示意图 图1.2.高频导体电路密度分布图
高频时的导体电流密度分布情形，大致如图1.2所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。 由上图及式1.1可知，当频率愈高时，临界深度将会愈小，结果造成等效阻值上升。因此在高频时，电阻大小随着频率而变的情形，就必须加以考虑进去。 1.2影响及应用 在高频电路中可以采用空心导线代替实心导线。此外，为了削弱趋肤效应，在高频电路中也往往使用多股相互绝缘细导线编织成束来代替同样截面积的粗导线，这种多股线束称为辫线。在工业应用方面，利用趋肤效应可以对金属进行表面淬火。 考虑到交流电的集肤效应，为了有效地利用导体材料和便于散热，发电厂的大电流母线常做成槽形或菱形母线；另外，在高压输配电线路中，利用钢芯铝绞线代替铝绞线，这样既节省了铝导线，又增加了导线的机械强度，这些都是利用了集肤效应这个原理。 集肤效应是在讯号线里最基本的失真作用过程之一，也有可能是最容意被忽略误解的。与一般讯号线的夸大宣传所言,集肤效应并不会改变所有的高频讯号,并且不会造成任何相关动能的损失。正好相反，集肤效应会因传导体的不同成分，在传递高频讯号时有不连贯的现象。同样地，在陈旧的线束传导体上，集肤效应助长讯号电流在多条线束上的交互跳动，对于声音造成刺耳的记号。 2邻近效应 图2.1表示了邻近效应的产生过程。A、B两导体流过相同方向的电流IA和IB，当电流按图中箭头方向突增时，导体A产生的突变磁通ΦA-B在导体B中产生涡流，使其下表面的电流增大，上表面的电流减少。同样导体B产生的突变磁通ΦB-A在导体A中产生涡流，使其上表面的电流增大，下表面的电流减少。这个现象就是导体之间的邻近效应。 当流过导体的电流相同，导体之间的距离一定时，如果导体之间的相对面积不同，邻近效应使得导体有效截面面积不同。研究表明:导体的相对面积越大则导体有效截面越大，损耗相对较小。
高频高压变压器分布电容的分析与处理0
高频高压变压器分布电容的分析与处理 曾光1,金舜1,史明2 (1.西安理工大学,西安710048; 2.西安电信分公司,西安710003) 摘要:在分析高频变压器分布参数机理的基础上,以高压直流LCC谐振变换器为例,阐述了高频高压变压器分布电容给电路带来的不利影响,提出了一种补偿方法,并进行了仿真和实验。介绍了高频高压变压器分布电容的测试方法,推导了补偿电感的计算公式,综合使用了两种针对分布电容的处理方法。实验证明该方法是正确的。 关键词:高频;变压器/分布电容;LCC谐振 中图分类号:T M433文献标识码:A文章编号:1000-100X(2002)06-0054-04 Analysis and Disposal of Distributed Capacitance in High-frequency and High-voltage Transformer ZENG Guang1,JIN Shun1,SHI Ming2 (1.X i.an Univer sity of T echnology,X i.an710048,China;2.Xi.an T elecom,Xi.an710003,China) Abstract:On the basis of analyzing the mechanism of distributed parameters in hig h frequency transformer,and w ith an instance of LCC resonant converter,the disadvantages of distributed capacitance in high-frequency and high-v oltage tr ansformer are described.T he compensat ion met hod,the waveforms o f bot h simulation and ex periment,and the method of measur ing distr ibuted capacitance ar e g iven.F ormula for calculat ion compensation inductance is derived.T wo methods are used in solving the trouble.Experimental results verify the correctness of the t heory. Keywords:hig h frequency;transformer;distributed capacitance;LCC resonant 1前言 随着开关电源频率的不断增加,在满足了减小开关电源体积要求的同时,也带来了一系列新的问题。例如分布参数在高频情况下对电路的影响不能再被忽略。在开关型电源电路中,高频变压器是电气隔离、传输能量、电压变换的重要元件。在高频情况下,许多应用于工频的变压器设计方法不再适用,解决好高频变压器的分布参数问题非常重要。 2高频变压器分布参数模型及对分布参数问题的一般解决办法 文献[1]指出:变压器的分布参数主要是漏感和分布电容。分布电容主要是匝间电容和层间电容。建立了一个绕组的分布参数模型(图1),再经过叠加折算得到整个变压器的分布参数模型。 根据图1a经计算可得绕组的等效并联电容C c =Ci/(N-1)(N>1)。等效电容C c一般是皮法数量级,在工频时可忽略,但在高频时其对变压器的影响不容忽视。该分布电容由变压器结构、材料、体积、绕制工艺等因素决定,目前不可能完全消除。 收稿日期:2002-06-13 定稿日期:2002-08-08 作者简介:曾光(1957-),男,江西人,副教授,研究方 向为电力电子与电力传动 。 图1绕组的分布参数模型 对待该电容的处理主要有两种方法,一是利用,二是补偿。如果系统需要在变压器端口并联一个电容,正好可以利用分布电容作为该并联电容,不仅解决了分布电容带来的危害,还减少了元器件的数量。这是最为积极有效的办法。反之,若在变压器端口并联电容会给系统带来危害,则必须减弱其影响。主要是通过工艺上的改进和在变压器外部对其进行补偿。下面通过工程中实例高压直流LCC谐振变换器,详细阐述两种方法的应用。 3LCC主电路原理介绍 该电源输入工频220V电源,输出直流电压0~ 10000V,输出最大功率500W。 主电路由两级变换电路组成,前级为Buck降压电路,用以稳压;后级为LCC谐振电路,为开关器件提供零电压开通条件。变压器次级采用高压硅堆整 54
高频变压器的设计
图1 开关电源原理图 本文介绍了一款如图1所示的DC—DC变换器，输入电压为直流24V，输出电压分别为5V及12V的多路直流输出。要求各路输出电流都在lA以上，核心器件是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3842，最高工作频率可达200k Hz。根据锌锰铁氧体合金的优异电磁性能，通过具体示例介绍工作频率为100kHz的高频开关电源变压器的设计及注意事项。 2变压器磁芯的选择与工作点的确定 2．1 磁芯材料的选择 从变压器的性能指标要求可知，传统的薄带硅钢已很难满足变压器在频率、使用环境方面的设计要求。磁芯的材料只有从坡莫合金、
铁氧体材料、钴基非晶态合金和超微晶合金几种材料中来考虑。坡莫合金、钴基非晶态价格高，约为铁氧体材料的数倍，而饱和磁感应强度
B s也不是很高，且加工工艺复杂。考虑到我们所要求的电源输出功率并不高，大约为30W，因此，综合几种材料的性能比较，我们还是选择了饱和磁感应强度B s较高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的性价比较低的锌锰铁氧体材料，并选以此材料作为框架的E I28来绕制本例中的脉冲变压器。 2．2工作点的确定 根据相关资料，EC35输出功率为50W，饱和磁感应强度大约在2 000Gs左右。买来的磁芯，由于厂家提供的磁感应强度月，值并不准确，可用图2所提供的方式粗略测试一下。将调压器接至原线圈，用示波器观察副线圈输出电压波形。将原线圈的输入电压由小到大慢慢升高，直到示波器显示的波形发生奇变。此时，磁芯已饱和，根据公式： U＝4．44f N1Φm可推知在工频时的Φm值。要求不高时，可根据测算出的Φm，粗略估算出原线圈的匝数， 。
高频开关电源变压器的动态测试
高频开关电源变压器的动态测试 （JP2581B＋JP619B材料功耗测量系统应用笔记之一） 1 引言 目前，对高频开关电源变压器电磁参数‘测试’大约使用两种方法：一种是用LCR表测量一些基本电磁参数，例如，开关电源变压器初次级电感、漏感、分布电容、绕组直流电阻以及匝比、相位等，我们称这种测试方法为’静态’测试；一种是将开关电源变压器放到主机上考核其工作情况，对已经定型生产的开关电源变压器，为考核外购磁芯质量，通过测量变压器工作温升判断磁芯的损耗比较直观简便。前一种方法因在弱场、低频低磁感应强度（例如Bm<0.25mT、f=1kHz）下测量，由于磁性材料特性的非线性、不可逆和对温度敏感，其在强场下工作与在弱场情况下工作电磁特性有很大不同。弱场下测量结果不能反映磁性器件工作在强场下的情况；后一种方法虽随主机在强场下应用，但不能得到被测器件电磁参数。磁芯损耗需要专用仪器才能测量。 高频开关电源变压器的上述测试分析现状影响了此类器件的开发和生产。 需要开发一种仪器或测试系统，这种测试系统能够模拟实际工作条件，完成对高频开关电源变压器主要电磁参数分析，例如，各种负载（包括满载和空载）情况下变压器初级复数阻抗z、有效初级电感L，通过功率Pth、功率损耗PT、传输效率η以及在指定频率下磁芯的传输功率密度等，我们称这种模拟实际工作条件的测试为‘动态’测试。作为磁性器件综合测试系统，还要求具有对磁芯材料功率损耗分析功能。在电磁机器进一步小型化、高频化和采用高密度组装情况下对器件进行‘动态’分析，对加速象高频开关电源之类的电磁器件开发、提高器件质量显得特别重要。 2 测试系统简介 JP2581B＋JP619B材料功耗及器件功率测量系统是一种交流电压、电流和功率精密测量装置。其主要测量功能、指标和测量精度非常适用于磁性材料和磁性器件（例如，开关电源变压器）研究开发和磁芯产品快速检测。该系统配套完整，自成体系，无需用户增加额外投资，系统主要测试功能如下： 1、软磁材料及器件交流功率损耗（总功耗PL , 质量比功耗 Pcm , 体积比功耗 Pcv）测量; 2、磁性材料振幅磁导率μa测量; 3、磁芯（有效）振幅磁导率(μa)e测量; 磁芯因素(AL)e.测量 以上测量均符合IEC367--1（或GB9632--88）标准中推荐的测量方法。 4、电感、电容及组成器件（例如，开关电源变压器）等效电磁参数的动态测量和分析; 5、由测量结果分析器件下列参数： z |z| Ls Rs Lp Rp C Q D。 测试系统具有如下使用、操作特点：
高频变压器漏感与分布电容
摘要：反激变换器的高频运行表明功率变压器寄生参数对变换器的性能影响很大。变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容，而设计过程中往往很少考虑分布电容。该文给出了适用于工程分析的变压器高频简化模型，分析高频高压场合变压器寄生参数对反激变换器的影响。继而给出寄生参数的确定方法，并基于此分析，提出控制寄生参数的工程方法，研究不同的绕组绕制方法和绕组位置布局对分布电容大小的影响，并通过实验验证了文中分析的正确性及抑制方法的实用性。 关键词：电力电子；分布电容；反激变换器；变压器；高频高压 0 引言 单端反激变换器具有拓扑结构简单，输入输出隔离，升降压范围宽，易于实现多路输出等优点，在中小功率场合具有一定优势，特别适合作为电子设备机内辅助电源的拓扑结构。变压器作为反激变换器中的关键部件，对变换器的整机性能有着很大影响。随着变换器小型化的发展趋势，需要进一步提高变换器的开关频率以减小变压器等磁性元件的体积、重量[1-3]。但高频化的同时，变压器的寄生参数对变换器工作的影响却不容忽视[4-12]。变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容。以往，设计者在设计反激变压器时，往往只对变压器的漏感加以重视。然而，在高压小功率场合，变压器分布电容对反激变换器的运行特性及整机效率会有很大影响，不可忽视[8-13]。对设计者而言，正确的理解这些寄生参数对反激变换器的影响，同时掌握合理控制寄生参数的方法，对设计出性能良好的变压器，进而保证反激变换器高性能的实现颇为重要。为此，文中首先给出变压器寄生参数对反激变换器的影响分析，同时给出这些寄生参数的确定方法，并对变压器的不同绕法以及绕组布局对分布电容的影响进行了研究，对绕组分布电容及绕组间分布电容产生的影响作了分析，最后进行了实验验证。1 变压器寄生参数对反激变换器的影响如图1，给出考虑寄生参数后的高压输入低压输出RCD 箝位反激变换器拓扑。其中，Ll、Lm 分别表示原边漏感和磁化电感，C11 为原边绕组分布电容，C13、C24 表示原边与副边绕组不同接线端之间的分布电容。根据反激变换器的工作原理，反激变压器铁心工作于单向磁化状态，且需要一定的储能能力。为防止铁心饱和，通常在变压器磁路中留有较大气隙，但这会使得变压器有较大漏磁，造成较大的漏感。当功率开关管关断时，由于漏感的存 在，会在开关管上激起很高的电压尖峰[12-14]。漏感能量吸收方法有多种，图1 电路是采用RCD 箝位
高频高压变压器分布电容的分析与处理解析
高频高压变压器分布电容的分析与处理 摘要：本文在分析高频变压器分布参数机理的基础上，以高压直流LCC谐振变换器为实例，阐述了高频高压变压器分布电容对电路带来的不利影响，提出了一种补偿的方法，进行了仿真和实验，提出了高频高压变压器分布电容的测试方法，推导了补偿电感的计算公式，综合使用了两种针对分布电容的处理方法。实验结果表明该方法的正确性。 关键词：分布电容高频变压器 LCC谐振 Analysis and Disposal of Distributed Capacitance in High-Frequency and High-Voltage Transformer Jin Shun1 ， Zheng Guang1 ，Shi Ming2 （Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China; Xi’an Telecom, Xi’an 710003,China） Abstract: On the base of analyzing of mechanism of distributed parameters in high frequency transformer, and with a instance of LCC resonant converter , the disadvantage of distributed capacitance in high-frequency and high-voltage transformer is described .A compensation method ,waveforms of both simulation and experiment, and a method of measuring distributed capacitance are given .Formula for calculation compensation inductance is derived .Two methods are used in solving the trouble . Experimental results are presented to verify the theory. Key words: Distributed Capacitance High Frequency Transformer LCC Resonant 1 前言
高频高压变压器分布电容的分析与处理
高频高压变压器分布电容的分析与处理 金舜1 曾光1 史明2 （1.西安理工大学，西安 710048；2.西安电信分公司，西安 710003） 摘要：本文在分析高频变压器分布参数机理的基础上，以高压直流LCC谐振变换器为实例，阐述了高频 高压变压器分布电容对电路带来的不利影响，提出了一种补偿的方法，进行了仿真和实验，提出了高频高 压变压器分布电容的测试方法，推导了补偿电感的计算公式，综合使用了两种针对分布电容的处理方法。 实验结果表明该方法的正确性。 关键词：分布电容高频变压器 LCC谐振 Analysis and Disposal of Distributed Capacitance in High-Frequency and High-Voltage Transformer Jin Shun1 ， Zheng Guang1 ，Shi Ming2 （Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China; Xi’an Telecom, Xi’an 710003,China）Abstract: On the base of analyzing of mechanism of distributed parameters in high frequency transformer, and with a instance of LCC resonant converter , the disadvantage of distributed capacitance in high-frequency and high-voltage transformer is described .A compensation method ,waveforms of both simulation and experiment, and a method of measuring distributed capacitance are given .Formula for calculation compensation inductance is derived .Two methods are used in solving the trouble . Experimental results are presented to verify the theory. Key words: Distributed Capacitance High Frequency Transformer LCC Resonant 1 前言 随着开关电源频率的不断增加，在满足了减小开关电源体积要求的同时，也带来了一系列新的问题。例如 分布参数在高频情况下对电路的影响就不能再被忽略。在开关型电源电路中，高频变压器是电气隔离，传
高频变压器设计的五个步骤
变压器的设计过程包括五个步骤: ①确定原副边匝数比； 为了提高高频变压器的利用率,减小开关管的电流,降低输出整流二极管的反向电压,减小损耗和降低成本,高频变压器的原副边变比应尽量大一些. 为了在任意输入电压时能够得到所要求的电压,变压器的变比应按最低输入电压选择.选择副边的最大占空比为 ,则可计算出副边电压最小值为: ,式中, 为输出电压最大值, 为输出整流二极管的通态压降, 为滤波电感上的直流压降.原副边的变比为: ②确定原边和副边的匝数； 首先选择磁芯.为了减小铁损,根据开关频率 ,参考磁芯材料手册,可确定最高工作磁密、磁芯的有效导磁截面积、窗口面积 .则变压器副边匝数为: .根据副边匝数和变比,可计算原边匝数为 ③确定绕组的导线线径； 在选用导线线径时,要考虑导线的集肤效应.所谓集肤效应,是指当导线中流过交流电流时,导线横截面上的电流分布不均匀,中间部分电流密度小,边缘部分电流密度大,使导线的有效导电面积减小,电阻增加.在工频条件下,集肤效应影响较小,而在高频时影响较大.导线有效导电面积的减小一般采用穿透深度来表示.所谓穿透深度,是指电流密度下降到导线表面电流密度的0.368(即: )时的径向深度. ,式中, , 为导线的磁导率,铜的相对磁导率为 ,即:铜的磁导率为真空中的磁导率 , 为导线的电导率,铜的电导率为 . 为了有效地利用导线,减小集肤效应的影响,一般要求导线的线径小于两倍的穿透深度,即 .如果要求绕组的线径大于由穿透深度所决定的最大线径时,可采用小线径的导线多股并绕或采用扁而宽的铜皮来绕制,铜皮的厚度要小于两倍的穿透深度 (4)确定绕组的导线股数 绕组的导线股数决定于绕组中流过的最大有效值电流和导线线径.在考虑集肤效应确定导线的线径后,我们来计算绕组中流过的最大有效值电流. 原边绕组的导线股数:变压器原边电流有效值最大值 ,那么原边绕组的导线股数 (式中,J 为导线的电流密度,一般取J=3~5 , 为每根导线的导电面积.). 副边绕组的导电股数:①全桥方式:变压器只有一个副边绕组,根据变压器原副边电流关系,副边的电流有效值最大值为: ;②半波方式:变压器有两个副边绕组,每个负载绕组分别提供半个周期的负载电流,因此其有效值为 ( 为输出电流最大值).因此副边绕组的导线股数为(5)核算窗口面积 在计算出变压器的原副边匝数、导线线径及股数后,必须核算磁芯的窗口面积是否能够绕得下或是否窗口过大.如果窗口面积太小,说明磁芯太小,要选择大一点的磁芯;如果窗口面积