開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器電容效應(yīng)建模與分析

【摘要】開(kāi)關(guān)電源在電子領(lǐng)域中越來(lái)越重要，其已經(jīng)逐漸成為各種電子設(shè)備不可或缺的一部分，因其微小化和高效化等特點(diǎn)，促使其代替變壓器，更好的應(yīng)用于設(shè)備中。但是，開(kāi)關(guān)電源并不是非常的完善，其中的高頻變壓器能夠產(chǎn)生磁性干擾，促使開(kāi)關(guān)電源高頻化和高密度化受阻，高頻變壓器電容就是影響因素之一，其所形成的磁性能夠直接干擾開(kāi)關(guān)電源。最佳的解決辦法就是調(diào)整和優(yōu)化變頻器電容的效應(yīng)的建模。這正是本文研究的重點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】開(kāi)關(guān)電源；高頻變壓器；電容效應(yīng)

一、開(kāi)關(guān)電源及其中的高頻變壓器

所謂開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制快關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。通常開(kāi)關(guān)電源是由脈沖寬度調(diào)制控制IC和MOSFET構(gòu)成的。它具有造型小、應(yīng)用方便、重量輕、效率高、危險(xiǎn)性低等特點(diǎn)，促使其已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，成為當(dāng)下這個(gè)雄心時(shí)代中電子領(lǐng)域不可或缺的一種電源方式。目前開(kāi)關(guān)電源主要分為兩大類，即微型低功率開(kāi)關(guān)電源和反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。

微型低功率開(kāi)關(guān)電源。它的出現(xiàn)正好滿足人們對(duì)開(kāi)關(guān)電源微型化、高效化、方便等方面的需求，這是得微型低功率開(kāi)關(guān)電源快速的代替變壓器而廣泛的應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。

反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。它所輸出的電壓是負(fù)電壓，并且能夠像負(fù)載輸出電流，這是一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)所無(wú)法企及的。另外，相對(duì)于一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，他所輸出的電流小于一般串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的一倍，能夠有效的節(jié)約電量的使用，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間供電。

高頻變壓器是工作頻率超過(guò)中頻（10kHz）的電源變壓器。它是開(kāi)關(guān)電源最主要的組成部分，直接決定快關(guān)電源的應(yīng)用效果。在開(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器主要的工作原理是當(dāng)初級(jí)線圈游交流電流通過(guò)時(shí)磁芯產(chǎn)生交流磁通，促使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓，再向外傳輸。

二、開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器電容效應(yīng)建模與分析

高頻變壓器作為開(kāi)關(guān)電源的重要組成部分，其能夠促使開(kāi)關(guān)電源具有良好應(yīng)用性的同時(shí)也會(huì)給開(kāi)關(guān)電源帶來(lái)一定的影響，阻礙開(kāi)關(guān)電源進(jìn)一步高頻化和高密度化。針對(duì)此種情況，需要從磁性元件著手，合理而有效的設(shè)計(jì)及磁性元件，降低其磁性干擾程度。高頻變壓器中分布的電容對(duì)開(kāi)關(guān)電源的磁性干擾程度較大，卻沒(méi)有得到很好的處理，依舊應(yīng)用傳統(tǒng)的模型。以下筆者就開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器電容效應(yīng)建模與分析進(jìn)行探討。

1.現(xiàn)有變壓器模型分析

在當(dāng)下，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源中的變壓器模型主要是含有3個(gè)集總電容，也就是原邊繞組電容、副邊繞組雜散電容以及原邊和副邊繞組間的雜散電容所構(gòu)成的模型（如圖1所示）。此變壓器模型中的原邊和副邊所具有的電場(chǎng)耦合能力是干擾開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵。就開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾分析結(jié)果來(lái)看，變頻器原邊和副邊電容能夠形成共模干擾噪音，作用于變頻器運(yùn)用過(guò)程中，進(jìn)而影響開(kāi)關(guān)電源。

2.共模端口有效電容

在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器電容效應(yīng)建模前，明確共模端口有效這一問(wèn)題，對(duì)于合理的。有效的構(gòu)建電容效應(yīng)模型是非常必要的。由于變壓器中所分布的電容是共模電流傳輸主要參數(shù)，要想準(zhǔn)確的掌握共模端口有效電容，就以此為突破口展開(kāi)詳細(xì)的分析。就現(xiàn)有變壓器模型來(lái)看，變壓器共模端口有效電容是有變壓器兩個(gè)端口網(wǎng)路參數(shù)構(gòu)成的，也就是噪音源施加在變壓器一端，共模噪音電流會(huì)經(jīng)過(guò)線圈作用到另一端的電源上。共模噪音源在傳輸噪音電流的過(guò)程中在經(jīng)過(guò)線圈時(shí)會(huì)作用到變壓器的副邊繞組雜散電容上，進(jìn)而使噪音電流通過(guò)雜散電容，在變壓器中傳輸。這也就意味著變壓器會(huì)產(chǎn)生噪音電壓，而高頻變壓器屬于開(kāi)關(guān)電源的一部分，開(kāi)關(guān)電源在噪音電壓的影響下受到嚴(yán)重的干擾。

3.開(kāi)關(guān)電源高頻變壓器電容效應(yīng)建模

以上對(duì)于現(xiàn)下所應(yīng)用的變壓器模型及其共模端口有效電容了解后，可以將其作為構(gòu)建新電容效應(yīng)模型的依據(jù)。要想構(gòu)建有效的高頻變壓電容效應(yīng)模型主要的問(wèn)題是如何抑制共模噪音，針對(duì)此問(wèn)題最佳的解決辦法是有效的將能量端口有效電容與共模有效電容都轉(zhuǎn)化為原邊電壓的有效電容，充分的運(yùn)用原邊繞組電容進(jìn)行電流的傳輸，避免噪音電流通副邊繞組雜散電容，而最終干擾開(kāi)關(guān)電源。通過(guò)此種方式構(gòu)建的變壓器電容模型（如圖二所示）需要進(jìn)行共模噪音測(cè)試，確定共模噪音不會(huì)干擾到開(kāi)關(guān)電源才能夠正式的將變壓器電容效應(yīng)模型應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源中。

三、結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)下這個(gè)信息時(shí)代中，電子領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越重要，各種電子設(shè)備廣泛的應(yīng)用為提高我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平做出巨大貢獻(xiàn)。開(kāi)關(guān)電源是各種電子設(shè)備不可或缺的一部分，其具有型小、高效率等特點(diǎn)，應(yīng)用在各種電子設(shè)備中占用的空間小，但作用大，能夠有效的應(yīng)用于設(shè)備中。但是，目前開(kāi)關(guān)電源效率進(jìn)一步提升受阻，主要是開(kāi)關(guān)電源中高頻變壓器能夠進(jìn)行磁性干擾，抑制開(kāi)關(guān)電源的高頻化。本文就高頻變壓器中分布電容影響開(kāi)關(guān)電源高頻化這一因素進(jìn)行分析，確定高頻變壓器中電容效應(yīng)模型不佳是產(chǎn)生磁性干擾的原因，進(jìn)而詳細(xì)的探究高頻變壓器電容效應(yīng)建模，希望能夠?qū)τ谔岣唛_(kāi)關(guān)電容的應(yīng)用性有所幫助。

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作者簡(jiǎn)介：

周興明（1986—），男，滿族，遼寧鐵嶺人，沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)，天威保變合肥變壓器有限公司設(shè)計(jì)部助理設(shè)計(jì)師，主要研究方向：大型變壓器設(shè)計(jì)。

朱錫培（1986—），女，安徽合肥人，安徽理工大學(xué)電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)，天威保變合肥變壓器有限公司設(shè)計(jì)部助理設(shè)計(jì)師，主要研究方向：大型變壓器設(shè)計(jì)。