变压器的漏感与分布电容影响分析

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高频变压器设计时的漏电感和分布电容的探究

开发研究高频变压器设计时的漏电感和分布电容的探究广东省东莞市大忠电子有限公司曹洪武摘要：电源、家电、通讯等使用的高频变压器,通常需要控制漏电感、分布电容等电性参数。

设计时，为了降低成本，选择常规材料是首选;为了有竞争力也会选用常规结构，这样可以省工时。

但随着技术的提升，终端产品要求的提高,对相应的零部件等的要求也提高了，因此元器件也随着终端产品的要求而提高。

高频变压器的技术也在提高，变压器的参数达到更好地配合终端产品，除了材料方便的选择，还有结构方面也可以调整,配合达到终端产品的要求。

本文对高频变压器设计时的漏电感和分布电容展开了研究,具有一定的参考借鉴价值。

关键词:变压器;漏电感;分布电容0 引言设计变压器时候，需要综合考虑材料、性能、结构和成本等要素，以充分满足其性能。

但变压器的漏电感与分布电容不容易同时满足,一般情况漏电感减小，那么分布电容就会上升，而分布电容减小,那么漏电感就会上升。

因此，在设计变压器时，针对不同的变压器，选择不同的材料,也要选择不同的结构，这样选择才能更好达到性能要求，更适合终端使用。

(1) 漏电感是变压器中一次绕线与二次绕线的耦合系数。

数值较小时，构成变压器的绕线的一部分不会有变压作用，而是与Choke Coil有等效成分所产生的。

若一次绕线与二次绕线完全耦合（耦合系数k=l)为理想的变压器时，漏电感数值为零。

但一般变压器的耦合系数多为1以下，因为未完全耦合，所以绕线的一部分才会有电感的功能。

(2)分布电容是指由非电容形态形成的一种分布参数。

带电电缆、变压器对地都有一定的分布电容，而分布电容大小取决于电缆的几何尺寸、电缆的长度和绝缘材料等，它由2个存在压差而又相互绝缘的导体所构成。

1变压器中有漏电感和分布电容一般在变压器中存在不少于2个绕组，由定义可以看出变压器中存在着2个参数，就是漏电感和分布电容。

变压器初级与次级至少各1个绕组,有的变压器初级与次级超过2个绕组以上，因此变压器中就存在了漏电感和分布电容。

变压器磁芯的漏磁分析

等磁位面
磁位差最大 c 漏磁 Iin s
lw
F磁势（A）
l w /2
IN
l F=IN I out
0
l w /2
Ucx (0-x磁阻压降，A)
l
x IN
0
N
Ux (某点x的磁位，A)
0
l
x

x>0 x=0 x=lavg
l w /2 l w /2
l x
（3）带气隙均匀绕制的环形磁芯磁场磁芯和气隙磁阻
I
x=0
l
U (A) cx
x(cm)
x=l
N
0 Ux(A)
0 l l
NI(A)
x(cm)
x(cm)
Fx —— 0→x 段磁路所匝链的线圈磁势 Ucx —— 0→x 段磁芯的磁阻压降 Ux——磁路中某x点相对于参考点的磁位差
0-x段线圈的匝数
F(A) x
A
0
NI(A)
I
x=0
N x Nx / l
F(A) x
A
0
NI(A)
I
x=0
l
U (A) cx
x(cm)
x=l
N
0 Ux(A)
0 l l
内强
NI(A)
x(cm)
x(cm)
外弱
前述磁芯磁场分布是沿平均周长方向获得，而沿磁芯径向的磁场分布是不均匀的，磁芯中的磁场分布是内强外弱，且在边界处发生突变。
（2）集中绕线的等截面环形磁芯 lw 线圈长度
二、高频变压器线圈中的电磁现象 1、集肤效应
2、线圈磁场和邻近效应
3、邻近效应对多层线圈的影响 4、线圈寄生电容
1、集肤效应

变压器的分布电容分析

变压器的分布电容分析开关电源变压器的分布电容开关变压器初、次级线圈的分布电容，对开关电源性能指标的影响也很重要，它会与变压器线圈的漏感组成振荡回路产生振荡。

当输入脉冲电压的上升或下降率大于振荡波形的上升或下降率的时候，振荡回路就吸收能量，使输入脉冲波形的前、后沿都变差；而当输入脉冲电压的上升或下降率小于振荡波形的上升或下降率的时候，振荡回路就会释放能量，使电路产生振荡。

如果振荡回路的品质因数比较高，电路就会产生寄生振荡，并产生EMI 干扰。

另外，开关电源电压输入回路的滤波电感，其分布电容的大小对EMC 指标的影响非常大，因此在这里也需要对滤波电感线圈的分布电容构成以及原理有充分的理解。

从原理上来说，滤波电感线圈的分布电容与开关变压器线圈的分布电容基本上是没有根本区别的，因此，对变压器线圈分布电容的分析与计算方法，对滤波电感线圈同样有效。

开关变压器初、次级线圈的分布电容与结构有关，因此，要精确计算不同结构的开关变压器初、次级线圈的分布电容难度比较大。

下面我们先以最简单的双层线圈结构的开关变压器为例，计算它们的初级或次级线圈的分布电容。

图2-41是分析计算开关变压器线圈之间分布电容的原理图。

设圆柱形两层线圈之间的距离为d ，高度为h ，平均周长为g。

假定两层线圈之间沿高度的电位差为线性变化，即：Ux=Ua+(Ub-Ua) x/h （2-112）式中：Ux为两层线圈之间沿高度变化的电位差，Ua、Ub 分别为x=0和x=h处对应的电位差。

通常Ua=0 ，或Ua=Ub 。

设两个线圈相对应的两表层间的电场近似均匀分布，即近似平板电容器的电场，那么，根据（2-112）式就可以求得该电场贮存的能量为：式中， Cs变压器初级或次级两层线圈之间的分布电容；U为变压器两层线圈之间的工作电压；Ua、Ub 分别为x=0 和x=h 处对应的电位差。

对于变压器初级或次级仅有两层的线圈，它只有两种接法，如图2-42所示。

在图2-42-a中，Ua=0 ，Ub=U2-U1=U ；在图2-42-b 中，Ua=Ub=(U2-U1)/2=U/2 。

高频变压器分布电容研究综述

高频变压器分布电容研究综述变压器寄生参数、分布参数在高频下对变压器的影响成为制约高频、高磁导率、小体积变压器研究的重要因素，也是该领域研究的重点。

本文对近几年高频变压器分布电容的研究情况进行了总结，首先重点介绍了现有的高频变压器模型，并分析了高频变压器分布电容对电路的影响，最后总结了抑制分布电容的方法。

同时文章指出该领域今后的研究方向：磁导率与寄生参数以及EMI直接之间的关系。

标签：开关电源；高频变压器；分布电容；模型；抑制措施0 引言随着磁性材料以及开关电源技术的不断发展，变压器逐渐呈现出磁导率高、频率高以及体积小的特点[1～2]。

在变压器高频化、小型化的过程中，一些在低频情况下被忽略的问题越来越重要，如漏感、分布电容。

这些寄生参数在高频下的影响越来越显著，甚至可能严重影响开关电源的性能[3～4]。

应用普通的变压器模型无法描述和解释高频下的一些电路现象，研究变压器高频下的等值模型以及寄生参数对电路的影响机理，以寻求抑制寄生参数的影响，成为该领域广泛关注的重点。

近几年，很多学者对高频变压器的寄生参数、分布参数进行了大量的研究。

本文主要从含分布电容的高频变压器模型、分布电容对电路的影响及其抑制措施三个方面的研究情况进行了总结。

1 考虑分布电容的高频变压器模型目前，国内外研究人员在高频变压器建模方面做了大量的研究，提出各种不同的高频变压器的模型。

这些建模方法主要分为三种，第一种是采用数值分析法，该方法适合于变压器设计但.是需要大量的关于变压器几何尺寸、电磁特性信息；第二种方法，根据变压器的静电学的行为对分布电容建模，该方法是根据静电学的特性，将工作在线性状态下的变压器看做一个端口网络，然后根据端口网络特性来求解相关模型参数，因此该方法具有建模简单，容易理解的特点；第三种方法，通过应用集总等效电容来对变压器的分布电容的物理效应进行建模。

应用该方法建立的模型，其模型中参数的物理意义明确，比较适合从工程角度对变压器进行分析。

详解开关电源变压器的漏感

详解开关电源变压器的漏感任何变压器都存在漏感，但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。

由于开关变压器漏感的存在，当控制开关断开的瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿;漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路，使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。

因此，分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。

开关变压器线圈之间存在漏感，是因为线圈之间存在漏磁通而产生的;因此，计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。

要计算变压器线圈之间存在的漏磁通，首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。

我们知道螺旋线圈中的磁场分布与两块极板中的电场分布有些相似之处，就是螺旋线圈中磁场强度分布是基本均匀的，并且磁场能量基本集中在螺旋线圈之中。

另外，在计算螺旋线圈之内或之外的磁场强度分布时，比较复杂的情况可用麦克斯韦定理或毕-沙定理，而比较简单的情况可用安培环路定律或磁路的克希霍夫定律。

在设铁芯的截面积为S，S=πr2;初级线圈的截面积为S1，S1=πr21;次级线圈的截面积为S2，S2=πr22;初级线圈与铁芯的间隔截面积为Sd1，Sd1=S1-S;次级线圈与初级线圈的间隙截面积为Sd2，Sd2=S2-S1;电流I1流过初级线圈产生的磁场强度为H1，在面积S1之内产生的磁通量为φ1，在面积Sd2之内产生的磁通量为φ1’;电流I2流过次级线圈产生的的磁场强度为H2，磁通量为φ2。

由此可以求得电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量为：电流I2流过变压器次级线圈N2产生的磁通量(2-95)、(2-96)式中，μ0sd2H2=φ2就是变压器次级线圈N2对初级线圈N1的漏磁通;因为，这一部分磁通没有穿过变压器初级线圈N1。

漏磁通可以等。

变压器漏感

变压器漏感产生的因素：1.绕线的方式2.绕线时是否采用屏蔽铜皮，绕线的紧密程度等有关系。

3.变压器所使用的材质不同，漏感也会有所区别。

4.变压器是否开气隙对漏感影响也非常大。

由于气隙的原因，气隙之间会存在一个相对的大气空间，磁力线通过气隙空间时会向四周扩散，也就是漏磁!气隙越深，漏感会越大;5.变压器绕组材料和圈数，对漏感也有些影响。

线径的大小、普通漆包线和纱包线等对变压器的漏感的影响也不一样。

线径越小绕制越紧密、绝缘性能越好漏感会相应降低!线圈的匝数越多漏感也会越大。

6.变压器工作频率低，测试漏感的频率低，也是漏感大的因数。

解决变压器产生漏感的方法：1.变压器绕线方法，具体的绕线方式如下：(1)双线并绕法：将初、次级线圈的漆包线合起来并绕,即所谓双线并绕.这样初、次级线间距离最小,可使漏感减小到最小值.但这种绕法不好绕制,同时两线间的耐压值较低.(2)逐层间绕法：为克服并绕法耐压低、绕制困难的缺点,用初、次级分层间绕法,即1、3、5行奇数层绕初级绕组,2、4、6等偶数层绕次级绕组.这种绕法仍可保持初、次级间的耦合,又可在初、次级间垫绝缘纸,以提高绝缘程度。

(3)夹层式绕法：把次级绕组绕在初级绕组的中间,初级分两次绕.这种绕法只在初级绕组中多一个接头,工艺简单,便于批量生产.为减小分布参数的影响,初级采用双线并绕连接的结构,次级采用分段绕制,串联相接的方式,即所谓堆叠绕法或者叫三明治绕法。

降低绕组间的电压差,提高变压器的可靠性。

还有平绕法、乱绕法等其他方法。

这两种绕线方法由于漏感与上述的绕线方法相比会相对偏大，所以一般不采用。

2.采用屏蔽铜皮漏感会相应减少。

绕线越紧，漏感一般越小。

为了减少变压器初、次级线圈之间的漏感，在绕制变压器线圈的时候可以把初、次级线圈层与层之间互相错开。

3.材质选择不同，例如PC95材质和PC40材质;由于这两种材质的磁导率和饱和磁感应强度不一样，在进行变压器设计时变压器的初次级线圈的匝数和工作磁场都会不一样。

分布电容的产生和影响

分布电容的产生和影响摘要：在电感线圈和地间、匝和匝之间都会有分布电容的存在，它的产生和存在会给线圈品质因数、总损耗电阻等带来明显的变化。

而在变压器中，分布电容则存在于初次、次级之间，它会通过变压器来耦合，这就直接对变压器的高频隔离性能，造成了影响。

基于上述种种情况的产生，本文将针对分布电容的产生和影响，进行详细的阐述与探究。

关键词：分布电容；产生；影响前言：分布电容的产生除了会对电感线圈、变压器等造成影响之外，对于电容式油量传感器输出变压器的影响，也是十分显著的。

电容式油量传感器的输出变压器层间分布电容，会直接影响音频信号其抗电磁干扰能力的高频，并使信号其衰减，进而就会使整个频带内的音频信号，出现不均匀传输的情况。

由此也就能够看出分布电容产生，所造成的影响。

1分布电容的产生分布电容的产生、存在位置，是在两个存在电压差，但是这二者之间又相互绝缘的导体之间。

而分布电容本身所指的是由非电容形态形成的一种分布参数。

由此也就能够得出，“分布电容”是在任意电路中存在的，需要进行区分的，仅仅是分布电容大小的问题[1]。

一旦处于高频率的情况中，分布电容所产生的影响，就需要相关工作人员，进行重点的关注，尤其是在精密仪器的运转、高频电路的运行中，需要特备特别注重相应控制措施的采取与利用，这样才能够有效降低因分布电容而造成的影响。

其中，需要重点关注的是，分布电容的大小由电缆的绝缘材料、长度尺寸等决定。

例如，在两根传输线间，每根都被空气介质隔绝了与地的连接，因此，也就有电容的产生和存在。

2分布电容的产生的影响分析2.1交流电机中分布电容的影响电机本身具备价格低廉、结构简单、环境适应能力强等优势，在工业生产的应用中，十分广泛。

而在变频技术得到充分利用之后，逆变器的电力电子器件，在高速开通与关断的过程中，所产生谐波电压频率，在PWM变频器的倍数频率、载波频率附近，是比工频频率（50Hz）要大出许多的。

而这部分谐波电压的产生，就会和电机分布电容之间，有回路的构成。

漏感与分布电容对输出波形的影响(二)

漏感与分布电容对输出波形的影响(二)
在图2-45中，图4-5-a是电源开关管Q1导通时，输入电压U加于开关变压器两端的电压波形；图4-5-b是励磁电感或分布电容两端的电压波形；图4-5-c，是电源关管D、S两极之间的电压波形。

在t0时刻，电源开关管Q1开始导通，输入电压U加于开关变压器两端，输入电压首先通过分布电感Ls对分布电容Cs充电，此时，由于输入电压的上升率大于分布电感Ls与分布电容Cs充、放电电压的上升率，所以，分布电感和分布电容是从输入电压吸收能量的，其充电过程按正弦曲线上升。

到t1时刻，流过Ls的电流达到最大值，同时分布电容Cs两端的电压与输入电压U相等，即Ls两端的电压为0，但流过Ls的电流不能为0，Ls将产生反电动势继续给电容Cs充电。

此时，输入电压的上升率小于分布电感Ls 与分布电容Cs充、放电的电压上升率，所以分布电感和分布电容是释放能量的，即：分布电感和分布电容在t1时间之后会产生阻尼振荡。

直到t2时刻，流过Ls的电流等于0，电容器Cs充电结束，同时Cs两端的电压也达到最大值，然后电容按正弦曲线开始放电，流过Ls的电流开始反向。

到t3时刻，Cs两端的电压又与输入电压U相等，电容停止放电，但流过Ls的电流不能为0，Ls将又产生反电动势给电容Cs进行反向充电，使Cs两端的电压低于输入电压U。

到t4时刻，流过Ls的反向电流等于0，Cs两端的电压达到最低值，然后输入电压又开始通过Ls对Cs进行充电，到此分布电感Ls与分布电容Cs第。

精讲变压器的“寄生参数”——漏感与分布电容

精讲变压器的“寄生参数”——漏感与分布电容
本文主要为大家讲解一下变压器中的两个寄生参数，漏感与分布电容。

从定义到产生的原因，以及危害等多方面进行讲解。

大家好好学习吧！下面
先来介绍一下漏感的相关知识。

漏感的定义
漏感是电机初次级在耦合的过程中漏掉的那一部份磁通
变压器的漏感应该是线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈,因此产生漏
磁的电感称为漏感。

漏感产生的原因
漏感的产生是由于某些初级（次级）磁通没有通过磁芯耦合到次级（初级），而是通过空气闭合返回到初级（次级）。

导线的电导率大约为空气电导率的109倍，而变压器用的铁氧体磁芯材料
的磁导率大约只有空气磁导率的104倍。

因此磁通在通过铁氧体磁芯构成的
磁路时，就会有一部分漏入空气，在空气中形成闭合磁路，从而产生漏磁。

而且随着工作频率的提高，所使用的铁氧体磁芯材料的磁导率会降低。

因此
在高频下，这种现象更为明显。

漏感的危害&emsp;
漏感是开关变压器的一项重要指标，对开关电源性能指标的影响很大，漏
感的存在，当开关器件截止瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿；漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路，
使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。

影响漏感的因素&emsp;
对于固定的已经制作好的变压器，漏感与以下几个因素有关：。

变压器漏感分析

首先我们要感谢小鹏同学，能促成此次活动小鹏同学辛苦了。

原创：我们不是科学家只是使用者我对此的理解为学习的资料系统化活学活用，实践整理为自己的东西能把不明白的人讲明白的东西（这里说句题外话会做的工程师是死记硬搬了别人东西那么你只能是同等级下最低的那个工程师，会做能把不会的人说明白了，是你把别人的东西活学活用转换成了自己的东西徒弟多了人际也就打开了，我经常跟我教过的人说我教你的东西你要实践对比验证，知道是别人的，做了才是你自己的），所以不需要查字典对原创二字解释，对你自己理解有帮助就好，当然照篇翻的肯定是不行的，当然有些太深奥的东西不要去深究我们是使用者理解就好，当然透彻的研究更好，但是我们不是专业科研人员只是使用者所以我们不会有太多的时间研究我们所用到的各种知识。

我这就是犯病了非得研究漏感还整到这个点。

就像上面说的我们是使用者注重的是理解，会有错误的地方，有能帮我纠正想法的十分感谢，辉哥对磁这一块我比较佩服，辉哥指点指点。

大家都知道减小漏感的方法我们来研究一下为什么会减小。

设计上：减小初级绕组的匝数NP；增大绕组的宽度（例如选EE型磁芯，以增加骨架宽度b）；减小各绕组之间的绝缘层；增加绕组之间的耦合程度。

工艺上：每一组绕组都要绕紧，并且要分布平均引出线的地方要中规中矩，尽量成直角，紧贴骨架壁不能绕满一层的要平均疏绕满一层1、漏感是什么，通俗的大家都理解没有耦合到副边的磁通（能量）我翻阅了基本资料，说法都不同，个人更喜欢用下图理解Np导线流过I就会产生一个磁场，这个磁场穿过相邻的导线Ns就会在Ns上感应一个电压抵消外界磁场的作用，此感应电流同样作用在Ns上，NpNs 电流方向相反，根据右手定律磁场方向也相反，Ns的磁场阻值下图d2部分的磁通二次穿过Ns。

下图d2面积中的磁通能量为漏感。

磁芯截面积S=πr2 Np截面积Sp=πr12 Ns截面积Ss=πr22即不能耦合的那部分磁通，等效为一个单独的电感，即漏感。

高频变压器分布电容的影响因素分析

高频变压器分布电容的影响因素分析一、本文概述随着电力电子技术的不断发展，高频变压器在电力系统中扮演着越来越重要的角色。

然而，高频变压器在运行时，其分布电容会对电路性能产生显著影响，从而影响整个系统的稳定性和效率。

因此，对高频变压器分布电容的影响因素的分析显得尤为重要。

本文旨在探讨高频变压器分布电容的主要影响因素，包括材料特性、结构设计和制造工艺等方面，以期为提高高频变压器性能提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了高频变压器分布电容的基本概念及其在系统中的作用，为后续的分析奠定了基础。

接着，从材料特性角度出发，详细分析了绝缘材料、导电材料等对分布电容的影响。

然后，结合结构设计，探讨了绕组排列、绝缘结构等因素对分布电容的影响机制。

本文还深入研究了制造工艺对分布电容的影响，包括绕组制作、绝缘处理等工艺环节。

通过对高频变压器分布电容影响因素的全面分析，本文旨在为高频变压器的优化设计和制造提供理论支持，从而提高电力系统的稳定性和效率。

本文也为相关领域的研究人员和技术人员提供了有价值的参考和借鉴。

二、高频变压器分布电容的基本理论在高频变压器的设计与运行中，分布电容是一个关键参数，它直接影响着变压器的性能和工作效率。

理解高频变压器分布电容的基本理论，对于优化变压器设计、提高运行稳定性、降低能量损耗等方面都具有重要意义。

分布电容是指在高频变压器中，由于绕组之间、绕组与铁芯之间、绕组与地之间等存在的电场效应而产生的电容。

这些电容的存在会导致变压器在高频工作时产生漏电电流、降低变压器的效率，甚至可能引发谐振等问题。

高频变压器分布电容的大小受多种因素影响。

绕组的几何形状和尺寸是影响分布电容的关键因素。

绕组的长度、宽度、厚度以及绕组之间的间距等都会直接影响电容的大小。

绕组的绝缘材料和绝缘结构也会对分布电容产生影响。

绝缘材料的介电常数、厚度、均匀性等因素都会影响电容的大小和稳定性。

变压器的工作环境温度、工作频率以及磁通密度等因素也会对分布电容产生影响。

高频变压器漏感与分布电容

摘要：反激变换器的高频运行表明功率变压器寄生参数对变换器的性能影响很大。

变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容，而设计过程中往往很少考虑分布电容。

该文给出了适用于工程分析的变压器高频简化模型，分析高频高压场合变压器寄生参数对反激变换器的影响。

继而给出寄生参数的确定方法，并基于此分析，提出控制寄生参数的工程方法，研究不同的绕组绕制方法和绕组位置布局对分布电容大小的影响，并通过实验验证了文中分析的正确性及抑制方法的实用性。

关键词：电力电子；分布电容；反激变换器；变压器；高频高压0 引言单端反激变换器具有拓扑结构简单，输入输出隔离，升降压范围宽，易于实现多路输出等优点，在中小功率场合具有一定优势，特别适合作为电子设备机内辅助电源的拓扑结构。

变压器作为反激变换器中的关键部件，对变换器的整机性能有着很大影响。

随着变换器小型化的发展趋势，需要进一步提高变换器的开关频率以减小变压器等磁性元件的体积、重量[1-3]。

但高频化的同时，变压器的寄生参数对变换器工作的影响却不容忽视[4-12]。

变压器的寄生参数主要是漏感和分布电容。

以往，设计者在设计反激变压器时，往往只对变压器的漏感加以重视。

然而，在高压小功率场合，变压器分布电容对反激变换器的运行特性及整机效率会有很大影响，不可忽视[8-13]。

对设计者而言，正确的理解这些寄生参数对反激变换器的影响，同时掌握合理控制寄生参数的方法，对设计出性能良好的变压器，进而保证反激变换器高性能的实现颇为重要。

为此，文中首先给出变压器寄生参数对反激变换器的影响分析，同时给出这些寄生参数的确定方法，并对变压器的不同绕法以及绕组布局对分布电容的影响进行了研究，对绕组分布电容及绕组间分布电容产生的影响作了分析，最后进行了实验验证。

1 变压器寄生参数对反激变换器的影响如图1，给出考虑寄生参数后的高压输入低压输出RCD 箝位反激变换器拓扑。

其中，Ll、Lm 分别表示原边漏感和磁化电感，C11 为原边绕组分布电容，C13、C24 表示原边与副边绕组不同接线端之间的分布电容。

高频变压器分布电容影响因素研究

高频变压器分布电容影响因素研究发表时间：2017-12-25T10:36:10.893Z 来源：《电力设备》2017年第24期作者：张少磊淮永亮苏晓敏[导读] 摘要：高频高压变压器的微小分布电容对变压器的性能和带有变压器的高频高压电源的性能有着重要影响,分布电容会加大变压器的损耗,降低了变换器的功率因数和效率。

（陕西长岭迈腾电子有限公司陕西宝鸡 721001）摘要：高频高压变压器的微小分布电容对变压器的性能和带有变压器的高频高压电源的性能有着重要影响,分布电容会加大变压器的损耗,降低了变换器的功率因数和效率。

文中分析了高频高压变压器匝间电容和层间电容的大小对高频高压变压器的电压分布和可靠性的影响,指出减小层间分布电容和降低单层电压对变压器的可靠运行的重要意义。

通过对不同绕组结构型式下的层间分布电容大小的分析和比较,指出采用“Z”型绕法和“∠”型绕法能够进一步减小高频高压变压器的层间分布电容,同时降低了变压器的绝缘要求,大幅改善高频高压变压器的电压分布,提高了变压器的绝缘耐压水平和可靠性。

关键词：高频变压器；分布电容；影响因素 1高频高压变压器分布电容的存在在同容量的高频变压器和工频变压器中,由于高频变压器的匝数远小于工频变压器,其分布电容比工频变压器分布电容要大得多;由于高频变压器工作频率较工频变压器高出许多倍,因此高频变压器由分布电容形成的容纳将远远小于工频变压器的容纳,这对高频高压电源的特性和运行十分不利。

因此,高频变压器的分布电容是不能被忽略的。

故高频工作时变压器等效模型就不能采用工频时等效模型(其模型忽略了分布电容)。

对于高频升压变压器为减小变压器体积,减少漏抗,往往采用高导磁率铁磁材料,因此,变压器原边匝数相对较少,且通常为单层,原边匝间距离较大,故原边分布电容往往可以忽略。

同时,为消除变压器原边和副边电容耦合而产生电磁干扰,高频高压变压器还设有屏蔽绕组,由于屏蔽层的存在,大大减小了原副边耦合电容,其影响可以忽略。

漏感与分布电容对输出波形的影响(三)

漏感与分布电容对输出波形的影响(三)
另外，LC振荡的幅度对于正激式开关电源和反激式开关电源是不同的。

对于正激式开关电源，当电源开关管Q1导通的时候，正好开关变压器要向
负载输出能量，等效负载电阻R的值相对比较小，即衰减系数很小，LC振
荡回路被阻尼得很厉害，因此，振荡幅度下降很快，一般第一个振荡周期过后，振荡回路很难再次振荡起来。

对于反激式开关电源，当电源开关管Q1导通的时候，开关变压器只是存
储能量，没有能量输出，因此，等效负载电阻R的值非常大，相当于开路，
此时，衰减系数很大，约等于1，即LC振荡回路基本上没有被阻尼，LC振
荡是等幅振荡，其振荡的幅度基本上等于分布电容Cs两端电压的半波平均值Uc ，即：分布电容Cs两端电压Uc的最大值Ucm约等于输入电压U的两倍，即：Ucm = 2U，Ucm为分布电容Cs两端电压μc的最高电压。

当电源开关管Q1关断瞬间，即t = t6~t7时刻，相当于开关变压器初级线圈的一端被切断，开关变压器中的漏感Ls和分布电容Cs与励磁电感Lμ的
充放电回路基本被切断，原来存储于Ls、Cs、Lμ中的能量会生产反电动势，它只能通过等效负载R和电源开关管的内阻进行释放。

因此，反电动势的大
小与Ls、Cs、Lμ存储能量的大小有关，还与等效负载R的大小以及电源开
关管关断速度的快慢有关，而存储能量又与占空比有关。

我们从（2-135）式以及图2-44还可以看出，当电源开关管Q1导通时，分
布电容Cs两端电压μc也是励磁电感Lμ两端的电压，此电压由一个振荡波
形与一个半波平均值Uc叠加，Uc≈U，因此，在Uc 的作用下，在励磁电感
Lμ中有一个随着时间增长的线性电流通过，此电流大小为：。

变压器漏感分析

开关变压器漏感分析浏览:1次作者：企业库时间：2010-1-10 0:13:55电源装置，无论是直流电源还是交流电源，都要使用由软磁磁芯制成的电子变压器（软磁电磁元件）。

虽然，已经有不用软磁磁芯的空芯电子变压器和压电陶瓷变压器，但是，到现在为止，绝大多数的电源装置中的电子变压器，仍然使用软磁磁芯。

因此，讨论电源技术与电子变压器之间的关系：电子变压器在电源技术中的作用，电源技术对电子变压器的要求，电子变压器采用新软磁材料和新磁芯结构对电源技术发展的影响，一定会引起电源行业和软磁材料行业的朋友们的兴趣。

本文提出一些看法，以便促成电源行业与电子变压器行业和软磁材料行业之间就电子变压器和软磁材料的有关问题进行对话，互相交流，共同发展。

1 电子变压器在电源技术中的作用电子变压器和半导体开关器件，半导体整流器件，电容器一起，称为电源装置中的4大主要元器件。

根据在电源装置中的作用，电子变压器可以分为：1）起电压和功率变换作用的电源变压器，功率变压器，整流变压器，逆变变压器，开关变压器，脉冲功率变压器；2）起传递宽带、声频、中周功率和信号作用的宽带变压器，声频变压器，中周变压器；3）起传递脉冲、驱动和触发信号作用的脉冲变压器，驱动变压器，触发变压器；4）起原边和副边绝缘隔离作用的隔离变压器，起屏蔽作用的屏蔽变压器；5）起单相变三相或三相变单相作用的相数变换变压器，起改变输出相位作用的相位变换变压器（移相器）；6）起改变输出频率作用的倍频或分频变压器；7）起改变输出阻抗与负载阻抗相匹配作用的匹配变压器；8）起稳定输出电压或电流作用的稳压变压器（包括恒压变压器）或稳流变压器，起调节输出电压作用的调压变压器；9）起交流和直流滤波作用的滤波电感器；10）起抑制电磁干扰作用的电磁干扰滤波电感器，起抑制噪声作用的噪声滤波电感器；11）起吸收浪涌电流作用的吸收电感器，起减缓电流变化速率的缓冲电感器；12）起储能作用的储能电感器，起帮助半导体开关换向作用的换向电感器；13）起开关作用的磁性开关电感器和变压器；14）起调节电感作用的可控电感器和饱和电感器；15）起变换电压、电流或脉冲检测信号的电压互感器、电流互感器、脉冲互感器、直流互感器、零磁通互感器、弱电互感器、零序电流互感器、霍尔电流电压检测器。

漏感分析

变压器的漏感应该是线圈所产生的磁力线不能都通过次级线圈，因此产生漏磁的电感称为漏感。

一般漏感的问题与绕线的排线规律，层间绝缘的厚度，绕线幅宽等很多因素有关。

一般减少漏感的措施有：1.每一组绕组都要绕紧，并且要分布平均2.引出线的地方要中规中矩，尽量成直角，紧贴骨架壁3.未能绕满一层的要平均疏绕满一层4.绝缘层尽量减少，满足耐压要求及可5.如空间有余，可考虑加长型的骨架，尽量减少厚度另外变压器不能一味的要求漏感小，减小漏感的措施往往会使分布电容提高，分布电容高同样会产生浪涌电流和尖峰电压及脉冲顶部震荡，造成损耗增加对同一变压器要同时减少漏感和分布电容是困难的，应根据不同的工作要求，保证合适的分布电容和漏感开关变压器漏感分析开关变压器线圈之间存在漏感，是因为线圈之间存在漏磁通而产生的；因此，计算出线圈之间的漏磁通量就可以计算出漏感的数值。

要计算变压器线圈之间存在的漏磁通，首先是要知道两个线圈之间的磁场分布。

任何变压器都存在漏感，但开关变压器的漏感对开关电源性能指标的影响特别重要。

由于开关变压器漏感的存在，当控制开关断开的瞬间会产生反电动势，容易把开关器件过压击穿；漏感还可以与电路中的分布电容以及变压器线圈的分布电容组成振荡回路，使电路产生振荡并向外辐射电磁能量，造成电磁干扰。

因此，分析漏感产生的原理和减少漏感的产生也是开关变压器设计的重要内容之一。

图2-30是分析计算开关变压器线圈之间漏感的原理图。

下面我们就用图2-30来简单分析开关变压器线圈之间产生漏感的原理，并进行一些比较简单的计算。

在图2-30中，N1、N2分别为变压器的初、次级线圈，Tc是变压器铁芯。

变压器漏感.doc

变压器漏感产生的因素：1.绕线的方式2.绕线时是否采用屏蔽铜皮，绕线的紧密程度等有关系。

3.变压器所使用的材质不同，漏感也会有所区别。

4.变压器是否开气隙对漏感影响也非常大。

线径的大小、普通漆包线和纱包线等对变压器的漏感的影响也不一样。

线径越小绕制越紧密、绝缘性能越好漏感会相应降低!线圈的匝数越多漏感也会越大。

6.变压器工作频率低，测试漏感的频率低，也是漏感大的因数。

降低绕组间的电压差,提高变压器的可靠性。

还有平绕法、乱绕法等其他方法。

这两种绕线方法由于漏感与上述的绕线方法相比会相对偏大，所以一般不采用。

2.采用屏蔽铜皮漏感会相应减少。

绕线越紧，漏感一般越小。

为了减少变压器初、次级线圈之间的漏感，在绕制变压器线圈的时候可以把初、次级线圈层与层之间互相错开。

跟电源专家陶显芳学电源技术(一)：漏感与分布电容对输出波形的影响(上)

跟电源专家陶显芳学电源技术（一）：漏感与分布电容
对输出波形的影响（上）
国内知名电源技术专家陶显芳不辞劳苦，在双节期间仍坚持为各位电源工程师或爱好者排忧解难，写出一些工程师们非常关心的技术问题和常见的电源问题及解决方法。

变压器初级线圈或次级线圈的分布电容Cs 可按下式进行计算：
（1）
式中，为第i 层与i+1 层线圈之间的静态电容，i = 1、2、3、、n ，n 为所求总分布电容的变压器初级线圈或次级线圈的层数；gi 为第i 层与i+1 层线圈之间的平均周长；Kui 为第i 层与i +1 层线圈之间分布电容的动态系数，，它与加到电容两端的电压有关，Ku 是一个小于1 的系数；
Ui 为第i 层与i+1 层线圈之间的标准电位差，其值一般等于相邻两层线圈工作电压之和，即Ui=2U/n：，U 为变压器初级线圈或次级线圈两端的工作电压；Uai 、Ubi 分别为第i 层与i +1 层线圈之间x = 0 和x = h 处对应的电位差；当线圈层间按S 绕法时，Uai = 0，Ubi =Ui；当线圈层间按Z 绕法时，Uai= Ubi=1/2Ui 。

如果不考虑变压器次级线圈对初级线圈的影响，对于一个功率大约为100 瓦的开关变压器，其初级线圈的分布电容大约在100~2000 微微法之间；如果把次级线圈的分别电容也考虑进去，总的分布电容可能要大一倍左右，因为初、次级线圈分布电容的转换比是平方的关系。

因此，分布电容对输出波形的影响是很大的。

根据变压器的工作原理，在设次级线圈的分布电容为C2，等效到初级线圈后的分布电容为C1，则有下面关系式：。

高频变压器的漏感和分布电容

⾼频变压器的漏感和分布电容漏感在⾼频条件下，漏感是变压器不可忽略的⼀项重要参数，漏感的多少直接影响⾼频变压器的效率。

那什么⼜是漏感呢，⼜当如何解决漏感提⾼变压器的效率呢？下⾯请看岑科⼩编如何解说的：当两个存在磁路匝链关系的⾃感，磁通没有完全耦合，有了漏磁通，也就产⽣了漏感。

也就是说，初级绕组和次级绕组不能完全耦合，就会存在漏感，漏感的存在们可以与电路中的电容或者变压器绕组之间的分布电容构成振荡回路，满⾜振荡条件后，⾃发地振荡，向外辐射电磁能量，造成电磁⼲扰，使得电⼦系统的其他元器件不能正常⼯作。

漏感的存在，会产⽣尖峰电压。

因此，漏感对电路性能和转换效率的影响特别重要，在设计变压器时，应尽量使得变压器的漏感最⼩。

其中减⼩漏感的措施有：1、选择合适的磁芯，减低漏感2、增加绕组的宽厚⽐，减⼩个绕组之间的绝缘层3、增加绕组之间的耦合程度4、减⼩两个线圈之间的平均周长5、初级绕组交叉换位绕制分布电容⾼频变压器绕组绕在磁芯⾻架上，特别是饶组的层数较多时，不可避免的会产⽣分布电容，由于变压器⼯作在⾼频状态下，那么这些分布电容对变压器的⼯作状态将产⽣⾮常⼤的影响，如引起波形产⽣振荡，EMC变差，变压器发热等。

所以，如何改善⾼频变压器的分布电容问题也成为变压器研究的重要对象。

变压器绕组采⽤的是薄铜箔绕制，两个绕层之间是绝缘⽓隙，就相当于平⾏电容器，在⾼频交流电下，分布电容会影响变压器的隔离性能。

同时，分布电容会与漏电感构成振荡电路，辐射电磁能量，对电路元器件产⽣电磁⼲扰。

所以在设计变压器时，应尽量使得变压器的分布电容最⼩。

此外，绕组电容可能使变压器进⼊谐振状态，⽽成了纯阻性元器件，不能起到变换电压、变换电流的作⽤，也不能达到电⽓隔离。

变压器的漏感和分布电容具有相反的关系，不能同时减⼩，也就是说，试图减⼩分布电容时，会增⼤漏感；反过来，减⼩漏感会引起分布电容的增⼤，所以，在设计变压器时考虑不同的⼯作条件下，两个参数的⼤⼩应做折中处理。