在高頻變壓器設(shè)計(jì)時(shí),變壓器的漏感和分布電容必須減至zui小,因?yàn)?strong>開(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器傳輸?shù)氖歉哳l脈沖方波信號(hào)。在傳輸?shù)乃沧冞^(guò)程中,漏感和分布電容會(huì)引起浪涌電流和尖峰電壓,以及頂部振蕩,造成損耗增加。雖然在開(kāi)關(guān)晶體管的漏極上增加鉗位和吸收電路可以克服尖峰電壓,但過(guò)大的尖峰會(huì)導(dǎo)致鉗位和吸收電路損耗的增加,使開(kāi)關(guān)電源的效率降低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管的損壞。通常變壓器的漏感,控制為初級(jí)電感量的1%~3%。
1 初級(jí)線圈的漏感
變壓器的漏感是由于初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間,層與層之間,匝與匝之間磁通沒(méi)有*耦合而造成的。在變壓器繞制加工中可采取下列措施。
(1) 盡量減少繞組的匝數(shù),選用高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗的磁性材料。
(2)增加線圈尺寸的高度和寬度之比。
(3)盡可能減小繞組間的絕緣厚度,但必須保證變壓器本身有足夠絕緣強(qiáng)度。
(4)采用分層交叉繞制方式繞制初級(jí)、次級(jí)繞組。
(5)采用環(huán)型磁心變壓器時(shí),不管初級(jí)、次級(jí)繞組的匝數(shù)有多少,在繞制繞組時(shí),均沿環(huán)型圓周均勻分布地繞制。對(duì)于大電流工作狀態(tài)下的環(huán)型磁心變壓器,采用多繞組并聯(lián)方式繞制,并且盡可能地減小線徑。
(6)改善線圈之間的耦合程度。
(7)在輸入電壓不太高的情況下,初級(jí)、次級(jí)繞組采用雙線并繞的加工工藝。
其中減少初級(jí)線圈的匝數(shù)及增加線圈尺寸的高度和寬度之比,與所選擇的磁心形狀有關(guān)。如果磁心放置線圈的心柱尺寸足夠大,足以能使初級(jí)繞成兩層,甚至繞成一層的話,就可以有效地減小初級(jí)的漏感及分布電容的值。高頻變壓器適于采用中間心柱較長(zhǎng)的磁心,不適合采用矮胖形狀的磁心。在上述措施中變壓器繞組的匝數(shù)不能減得太少,否則當(dāng)輸入電壓太高,或者脈沖太寬時(shí),會(huì)引起磁心飽和,導(dǎo)致變壓器繞組的電感值急劇降低,繞組對(duì)交流電流的限流作用降低,嚴(yán)重時(shí)進(jìn)入短路狀態(tài),在微秒的時(shí)間里,有幾十乃至幾百安培的電流通過(guò)半導(dǎo)體器件,使之失效。
2 分布電容
變壓器繞組線匝之間,同一繞組的上、下層之間,不同繞組之間,繞組與屏蔽層(或磁心)之間形成的電容稱為分布電容。開(kāi)關(guān)變壓器分布電容主要由下面幾部分組成。
(1) 各繞組與屏蔽層(或磁心)之間的分布電容。
(2)各繞組線匝之間的分布電容。
(3)繞組與繞組之間的分布電容。
(4)各繞組的上、下層之間的分布電容。
在開(kāi)關(guān)電源的晶體管通、斷期間,線圈的分布電容被反復(fù)地充電和放電,其能量都被鉗位和吸收電路所消耗,降低了開(kāi)關(guān)電源的效率。此外,線圈的分布電容還與線圈的漏感一起形成LC振蕩,產(chǎn)生振鈴噪聲。要減小分布電容可以采取下列措施:
(1) 繞組進(jìn)行分段繞制;
(2)正確安排繞組的極性,以減小各繞組之間的電位差;
(3)初級(jí)、次級(jí)繞組之間增加靜電屏蔽措施;
(4)選擇漏磁勢(shì)組數(shù)M=4。
3 初級(jí)繞組
初級(jí)繞組應(yīng)放在zui里層,這樣可使變壓器初級(jí)繞組每一匝用線長(zhǎng)度zui短,從而使整個(gè)繞組的用線為zui少,這有效地減小了初級(jí)繞組自身的分布電容。在通常情況下,變壓器的初級(jí)繞組被設(shè)計(jì)成兩層以下的繞組,可使變壓器的漏感為zui小。
初級(jí)繞組放在zui里面,使初級(jí)繞組得到了其他繞組的屏蔽,有助于減小變壓器初級(jí)繞組和鄰近器件之間電磁噪聲的相互耦合。
初級(jí)繞組放在zui里面,使初級(jí)繞組的起始端作為連接開(kāi)關(guān)電源功率晶體管的漏極或集電極驅(qū)動(dòng)端,可減少變壓器初級(jí)對(duì)開(kāi)關(guān)電源其他部分電磁騷擾的耦合。
4. 次級(jí)繞組
初級(jí)繞組繞完,要加繞(3~5)層絕緣墊襯再繞制次級(jí)繞組。這樣可減小初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間分布電容的電容量,也增大了初級(jí)和次級(jí)之間的絕緣強(qiáng)度,符合絕緣耐壓的要求。減小變壓器初級(jí)和次級(jí)之間的電容有利于減小開(kāi)關(guān)電源輸出端的共模騷擾。
如果開(kāi)關(guān)電源的次級(jí)有多路輸出,并且輸出之間是不共地的,為了減小漏感,讓功率zui大的次級(jí)靠近變壓器的初級(jí)繞組。如果這個(gè)次級(jí)繞組只有相對(duì)較少幾匝,則為了改進(jìn)耦合情況,還是應(yīng)當(dāng)設(shè)法將它布滿完整的一層,如可以采用多根導(dǎo)線并聯(lián)的辦法,有助于改進(jìn)次級(jí)繞組的填充系數(shù)。其他次級(jí)繞組緊密的繞在這個(gè)次級(jí)繞組的上面。
當(dāng)開(kāi)關(guān)電源多路輸出采用共地技術(shù)時(shí),處理方法簡(jiǎn)單一些。次級(jí)可以采用變壓器抽頭形式輸出,次級(jí)繞組間不需要采取絕緣隔離,從而使變壓器的繞制更加緊湊,變壓器的磁耦合得到加強(qiáng),能夠改善輕載時(shí)的穩(wěn)壓性能。
5. 偏壓繞組
偏壓繞組繞在初級(jí)和次級(jí)之間,還是繞在zui外層,和開(kāi)關(guān)電源的調(diào)整是根據(jù)次級(jí)電壓還是初級(jí)電壓進(jìn)行有關(guān)。如果電壓調(diào)整是根據(jù)次級(jí)來(lái)進(jìn)行的,則偏壓繞組應(yīng)放在初級(jí)和次級(jí)之間,這樣有助于減少電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)騷擾發(fā)射。如果電壓調(diào)整是根據(jù)初級(jí)來(lái)進(jìn)行的,則偏壓繞組應(yīng)繞在變壓器的zui外層,這可使偏壓繞組和次級(jí)繞組之間保持zui大的耦合,而與初級(jí)繞組之間的耦合減至zui小。初級(jí)偏壓繞組能布滿完整的一層,如果偏壓繞組的匝數(shù)很少,則可以采取加粗偏壓繞組的線徑,或者用多根導(dǎo)線并聯(lián)繞制,改進(jìn)偏壓繞組的填充情況。這一改進(jìn)措施實(shí)際上也改進(jìn)了采用次級(jí)電壓來(lái)調(diào)節(jié)電源的屏蔽能力,同樣也改進(jìn)了采用初級(jí)電壓來(lái)調(diào)節(jié)電源時(shí),次級(jí)繞組對(duì)偏壓繞組的耦合情況。
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