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《繞組工藝對(duì)寄生參數(shù)的影響》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、高頻寄生參數(shù)在設(shè)計(jì)高頻磁性元件的繞制工藝時(shí)需考慮到漏感及分布電容的影響，這兩個(gè)參數(shù)是分布在磁性元器件的整個(gè)繞組中，但為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，它們被表示成集總的常數(shù)，如下圖1所示。漏感對(duì)一次用Lp表示，對(duì)二次用Ls表示，等效集總參數(shù)電容對(duì)一次和二次繞組分別用Cp和Cs表示，直流電阻Rp和Rs分別是一次和二次繞組的等效電阻，Cw是繞組與繞組間的等效電容，Re是與鐵芯損耗等效的并聯(lián)電阻。圖1.考慮寄生參數(shù)的變壓器等效電路在低壓高功率場(chǎng)合，因分布電容中儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量(CU2/2)與漏感中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量(LI2/2)相比較小，因而分布電容的影響可以忽略。但在高壓小功率場(chǎng)合，分布
2、電容儲(chǔ)能與漏感儲(chǔ)能相當(dāng)，甚至比漏感儲(chǔ)能大，此時(shí)分布電容的影響不可忽略。在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，繞組電壓發(fā)生變化，在變壓器內(nèi)部和主電路回路中引起高頻振蕩，增加變壓器的損耗，并產(chǎn)生高頻電磁輻射，同時(shí)也會(huì)增加功率器件的動(dòng)態(tài)功耗，引起較高的應(yīng)力如下圖所示，成為損壞功率器件的隱患。若輸入電壓較高，分布電容儲(chǔ)能較大，會(huì)使得開(kāi)關(guān)管在轉(zhuǎn)換時(shí)出現(xiàn)較大的電流尖峰，在采用峰值電流控制的情況下，將影響電流采樣的正確性，在輕載時(shí)會(huì)對(duì)電源的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)定性及損耗有較大影響。圖2.開(kāi)關(guān)元器件電流和電壓波形1.漏感漏感表示變壓器繞組之間不完全耦合所表現(xiàn)出來(lái)的寄生效應(yīng)。耦合系數(shù)小于1表示變壓器繞組的空
3、隙中存在漏磁場(chǎng)，漏感大小可以通過(guò)計(jì)算儲(chǔ)存在繞組間的漏磁場(chǎng)能量來(lái)確定?？梢哉J(rèn)為這些漏能量等效于儲(chǔ)存在一個(gè)集中表示的漏感中，這個(gè)漏感就可由下式計(jì)算得到：式中：μo為真空磁導(dǎo)率；H為漏磁場(chǎng)強(qiáng)度分布；dV為漏磁場(chǎng)分布的體積元；Lleak為變壓器線圈漏感；Iin為輸入電流。對(duì)變壓器中的繞組分布作平面假設(shè)，可以得到變壓器的磁場(chǎng)圖。圖3給出了2個(gè)實(shí)例，在導(dǎo)體部分磁場(chǎng)強(qiáng)度增加或減少，在層與層間的空間內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度保持不變。圖3.不同繞組布局時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度因磁場(chǎng)能量正比于H的平方，采用交錯(cuò)繞法時(shí)Hm會(huì)比較小，由此對(duì)漏感的影響也比較小。在層繞線圈中，可以通過(guò)交替安排一次和二次繞組來(lái)顯
4、著地減小漏感Lp和Ls，具有單一次和單二次繞組的標(biāo)準(zhǔn)變壓器連同它的漏感如圖4所示。取同樣的變壓器，把二次繞組分開(kāi)安排在一次繞組的兩邊，將減小漏感，這樣變壓器連同它的漏感表達(dá)式如圖5所示?？梢圆捎胕nterleaving的饒法可以更多的減小漏感，這樣變壓器連同它的漏感表達(dá)式如圖6所示。還可以采用上下并派分段骨架線圈的辦法，這樣變壓器連同它的漏感表達(dá)式如圖7所示。改進(jìn)的三段并排骨架線圈結(jié)構(gòu)同它的漏感表達(dá)式如圖8所示。圖4.傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變壓器圖5.具有簡(jiǎn)單交錯(cuò)安排三明治饒法圖6.一次與二次完全交錯(cuò)的Interleaving饒法圖7.罐型磁芯的分段式饒法圖8.改進(jìn)的罐型
5、磁芯分段式饒法2寄生電容高頻變壓器面臨著寄生電容的影響，變壓器繞組電容有三個(gè)方面的壞處：a)繞組電容可能使變壓器進(jìn)入諧振；b)當(dāng)變壓器工作來(lái)自方波電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，繞組電容可能產(chǎn)生一個(gè)很大的一次電流尖峰；c)繞組電容可能與其它電路產(chǎn)生靜電耦合。而繞組的寄生電容又可以分為4類：匝間電容，層間電容，繞組間電容，雜散電容。對(duì)于工作在高頻的小功率變換器，由于繞組的匝數(shù)比較少，匝間電容影響不大，可以通過(guò)介電常數(shù)較低的線材來(lái)減小匝間電容。圖9.匝間電容層間電容是主要的寄生電容，我們可以采用如下三種辦法減小層間電容：a)把一次和二次繞組分組，然后把另外的繞組夾在它們中間，如圖5
6、所示；b)繞線方式上采用特殊繞制技術(shù)；c)增加繞組間絕緣層厚度，這將增加漏感，漏感與寄生電容是兩個(gè)彼消此漲的參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)需要折衷考慮。2.2繞組間分布電容繞組間的分布電容可從電容的基本定義推導(dǎo)而得。這個(gè)電容是沿著繞組分布的，可以把原副邊繞組看成2根半徑為a的平行導(dǎo)線A、B，中心相距d，如圖4所示。圖10.兩平行導(dǎo)線間分布電容示意圖假設(shè)原邊繞組、副邊繞組分別攜帶電荷q、?q，距離A的中心x處P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，則場(chǎng)強(qiáng)E為導(dǎo)線A、B的電荷分別在P點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度EA和EB的疊加。根據(jù)高斯定理：(2)方向是由A指向B。因此，A、B間的電位差UAB為：(3)由此可得
7、長(zhǎng)為l的繞組間分布電容為(4)式中：ε為繞組導(dǎo)體間絕緣材料的介電常數(shù)；l為2繞組正對(duì)的平均長(zhǎng)度。若繞組采用的是條狀銅箔，如平面變壓器繞組，則2個(gè)繞組間的電容可使用2塊平行導(dǎo)電板之間的電容計(jì)算公式直接求得：(5)對(duì)于繞組間電容，也可以通過(guò)增加繞組間的絕緣厚度來(lái)減小但會(huì)增加漏感，要使饒組間電容減小而又不明顯增大漏感的話可以通過(guò)在一次和二次繞組間增加屏蔽來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖12。圖11.繞組與繞組間分布電容圖12.一次和二次間有屏蔽層的變壓器結(jié)構(gòu)雜散電容與繞組和繞組間的電容比較類似，這個(gè)電容是在繞組與磁芯之間（Cc）和繞組外側(cè)與周圍電路之間（Cs）形成，如圖13。雜散電容
8、可以通過(guò)采用對(duì)稱繞組或采取遍及整個(gè)繞組的屏蔽來(lái)使其最
