您现在的位置是:首页 > 电源

多次级高压变压器的分布电容

2022-11-04 02:07:18

引言
????
高压变压器的分布参数主要是漏感和分布电容,在高压变压器应用中单次级变压器的分布电容很大,严重影响了电路的工作性能。为了减小分布电容,将单次级绕组分段绕制后再串联,后接整流和滤波电路。如果分段后变比依旧很大,那么在次级匝数依然很多的情况下,分布电容依然较大。当分布电容不为所用时,只有想方设法减小它。

??? 本文通过传统绕线和PCB迭绕两种工艺的比较,并采用谐振法测得谐振频率及通过计算得到分布电容,最后以实测波形说明分布电容对电路性能的影响。

1 分布电容产生机理
??? 在高压变压器中,分布电容由匝间分布电容和层间分布电容构成。任何两匝线圈间都存在分布电容。将“平板电容器的电容量与极板面积成正比,与极板间距成反比”表达成只有相邻两匝线圈时单位长度分布电容表达式为:
??? a.jpg
??? 其中,C为单位长度分布电容值;ε为两线圈间介质的介电常数;s为长为单位长度、宽为线径的等效对立面积;d为两线圈中心间距。为减小两线间分布电容,减小ε和s,增加d。

2 传统绕制线包和PCB线圈的比较
??? 为方便比较,两种工艺绕制的变压器均采用如下相同参数:
??? 工作模式:全桥拓扑;工作频率:150 kHz;输入电压/电流:50 V/3A;初级匝数Np:4匝;8个输出次级匝数Ns1~Ns8:68匝,68匝,68匝,68匝,62匝,62匝,62匝,62匝;次级线径/线宽:0.2mm;磁芯:PQ40;绝缘等级:初级和次级及次级和磁芯间耐压大于8kV DC;绝缘处理:均采用0.05 mm厚的聚酯薄膜胶纸。
2.1 线包绕制工艺
??? 高压变压器的线包绕制工艺如下:
??? (1)采用直径为16 mm的圆柱型绕线骨架,所有绕线距骨架的上下都应有4mm以上留边距离;
??? (2)初级采用宽6 mm×厚0.05 mm的铜箔,次级均采用线径为0.2 mm的漆包线,绕完初级后依次绕次级,所有次级均一层内绕完;
??? (3)初级/磁芯中柱间绝缘要求的聚酯薄膜为24 mm×0.05 mm×2层,初/次级组间、次级组间及Ns8次级与外磁芯绝缘要求的聚酯薄膜为24 mm×0.05 mm×6层;
??? (4)所有次级要一层绕完,初次级出线端头应伸出50 mm左右;
??? (5)初级出线和次级出线分别绕中柱两边,Ns1~Ns4出线和Ns5~Ns8出线分别位于磁芯一边中的上下部位。
??? 图1所示为传统方法绕制的线包实物图。


2.2 PCB线圈绘制
??? 线宽采用0.2 mm,线间距为0.3 mm;由于PQ40磁芯窗口宽度为11 mm,在预留足够绝缘空间的情况下PCB每层最多布置17匝线圈,这样每个次级绕组均需4层。如果全部初次级印制在同一块PCB板中,就有(4层×8+2层)34层,这样不仅成本太高,而且体现不出多层PCB板“薄”的优势,所以,PCB板采用单层双面聚四氟乙烯板,厚0.5 mm,且双面迭绕线圈,每组次级线圈均需两块PCB板。采用DXP2004软件绘制的PCB线圈图如图2所示。限于篇幅,图2中只示出Ns1中一块PCB板的正背面。

?


2.3 分布电容大小的确定
??? 从变压器初级视入,分布电容和初级电感构成了并联谐振回路,所以可以通过网络分析仪测得此谐振回路的谐振频率,然后通过下式计算确定分布电容的大小:
??? d.jpg
??? 其中,f为谐振频率,L为初级电感量,C为分布电容。表1所列为上述变压器的静态参数测试结果。


??? 由表1数据可知,PCB线圈变压器在分布参数上均优于线包绕制变压器。这归因于PCB线圈易于控制线间距和层间距。