摘要：本文通過傳統(tǒng)繞線和pcb迭繞兩種工藝的比較，并采用諧振法測(cè)得諧振頻率及通過計(jì)算得到分布電容，zui后以實(shí)測(cè)波形說明分布電容對(duì)電路性能的影響。
高壓變壓器的分布參數(shù)主要是漏感和分布電容，在高壓變壓器應(yīng)用中單次級(jí)變壓器的分布電容很大，嚴(yán)重影響了電路的工作性能。為了減小分布電容，將單次級(jí)繞組分段繞制后再串聯(lián)，后接整流和濾波電路。如果分段后變比依舊很大，那么在次級(jí)匝數(shù)依然很多的情況下，分布電容依然較大。當(dāng)分布電容不為所用時(shí)，只有想方設(shè)法減小它。
1、分布電容產(chǎn)生機(jī)理
在高壓變壓器中，分布電容由匝間分布電容和層間分布電容構(gòu)成。任何兩匝線圈間都存在分布電容。將“平板電容器的電容量與極板面積成正比，與極板間距成反比”表達(dá)成只有相鄰兩匝線圈時(shí)單位長(zhǎng)度分布電容表達(dá)式為：
其中，c為單位長(zhǎng)度分布電容值；ε為兩線圈間介質(zhì)的介電常數(shù)；s為長(zhǎng)為單位長(zhǎng)度、寬為線徑的等效對(duì)立面積；d為兩線圈中心間距。為減小兩線間分布電容，減小ε和s，增加d。
2、傳統(tǒng)繞制線包和pcb線圈的比較
為方便比較，兩種工藝?yán)@制的變壓器均采用如下相同參數(shù)：
工作模式：全橋拓?fù)?；工作頻率：150khz；輸入電壓／電流：50v／3a；初級(jí)匝數(shù)np：4匝；8個(gè)輸出次級(jí)匝數(shù)ns1～ns8：68匝，68匝，68匝，68匝，62匝，62匝，62匝，62匝；次級(jí)線徑／線寬：0．2mm；磁芯：pq40；絕緣等級(jí)：初級(jí)和次級(jí)及次級(jí)和磁芯間耐壓大于8kvdc；絕緣處理：均采用0．05mm厚的聚酯薄膜膠紙。
2．1線包繞制工藝
高壓變壓器的線包繞制工藝如下：
（1）采用直徑為16mm的圓柱型繞線骨架，所有繞線距骨架的上下都應(yīng)有4mm以上留邊距離；
（2）初級(jí)采用寬6mm×厚0．05mm的銅箔，次級(jí)均采用線徑為0．2mm的漆包線，繞完初級(jí)后依次繞次級(jí)，所有次級(jí)均一層內(nèi)繞完；
（3）初級(jí)／磁芯中柱間絕緣要求的聚酯薄膜為24mm×0．05mm×2層，初／次級(jí)組間、次級(jí)組間及ns8次級(jí)與外磁芯絕緣要求的聚酯薄膜為24mm×0．05mm×6層；
（4）所有次級(jí)要一層繞完，初次級(jí)出線端頭應(yīng)伸出50mm左右；
（5）初級(jí)出線和次級(jí)出線分別繞中柱兩邊，ns1～ns4出線和ns5～ns8出線分別位于磁芯一邊中的上下部位。
圖1所示為傳統(tǒng)方法繞制的線包實(shí)物圖。
2．2pcb線圈繪制
線寬采用0．2mm，線間距為0．3mm；由于pq40磁芯窗口寬度為11mm，在預(yù)留足夠絕緣空間的情況下pcb每層zui多布置17匝線圈，這樣每個(gè)次級(jí)繞組均需4層。如果全部初次級(jí)印制在同一塊pcb板中，就有（4層×8+2層）34層，這樣不僅成本太高，而且體現(xiàn)不出多層pcb板“薄”的優(yōu)勢(shì)，所以，pcb板采用單層雙面聚四氟乙烯板，厚0．5mm，且雙面迭繞線圈，每組次級(jí)線圈均需兩塊pcb板。采用dxp2004軟件繪制的pcb線圈圖如圖2所示。限于篇幅，圖2中只示出ns1中一塊pcb板的正背面。
2．3分布電容大小的確定
從變壓器初級(jí)視入，分布電容和初級(jí)電感構(gòu)成了并聯(lián)諧振回路，所以可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得此諧振回路的諧振頻率，然后通過下式計(jì)算確定分布電容的大?。?br>其中，f為諧振頻率，l為初級(jí)電感量，c為分布電容。表1所列為上述變壓器的靜態(tài)參數(shù)測(cè)試結(jié)果。
由表1數(shù)據(jù)可知，pcb線圈變壓器在分布參數(shù)上均優(yōu)于線包繞制變壓器。這歸因于pcb線圈易于控制線間距和層間距。
3、次級(jí)加滿載時(shí)初級(jí)電壓波形及分析
測(cè)試電路采用移相全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制芯片采用ucc3895，開關(guān)管是irfp460，芯片輸出開關(guān)管驅(qū)動(dòng)頻率為146．8khz。輸入電壓為50v，輸出滿載功率為160w。圖3所示為8次級(jí)高壓變壓器實(shí)物圖。
圖4所示為線包繞制的變壓器初級(jí)滿載波形圖，圖5所示為采用pcb線圈的變壓器初級(jí)滿載波形圖。
通過圖4和圖5所示的兩個(gè)波形圖對(duì)比可知，分布參數(shù)已經(jīng)對(duì)電路的性能產(chǎn)生了影響。初級(jí)漏感越大，尖峰電壓幅度越大；分布電容越大，初級(jí)波形的完整性越差。這是因?yàn)榉植茧娙菖c電路中的寄生參數(shù)（如漏感和開關(guān)管寄生電容等）產(chǎn)生了衰減振蕩；同時(shí)開關(guān)管損耗增加，使得變換回路的效率難以提高。在讓輸入電壓從0v緩慢抬升到50v調(diào)試的過程中，線包繞制變壓器會(huì)發(fā)出“吱吱”的噪聲，換上pcb線圈變壓器后此現(xiàn)象解除。
4、結(jié)語
本文通過兩種不同工藝所繞制的變壓器說明了分布電容對(duì)電路性能產(chǎn)生的影響，同時(shí)，pcb線圈迭繞方式也有效地減少了分布電容，并提高了電路的工作性能，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。