隔离变压器技术资料

一．隔离变压器的等效模型

1.有限磁导率——磁阻

如果磁导率不是理想的无穷大，而是有限值。则磁芯具有一个磁阻，少量的磁化电流会流过磁芯而分流主线圈的电流。在等效电路中使用一个跟主线圈并行的电感Lm来表示有限磁导率的影响。如下图：

2.磁芯损耗（铁损）

磁芯损耗包含磁滞损耗和漩涡电流损耗，等效模型中用跟主线圈并行的电阻Rc来表示。

磁滞损耗一般是交流电流流过变压器时，铁心中的磁力线方向和大小会发生变化，使得铁心内部分子相互摩擦，放出热能。穿过铁心的磁力线，都会在与磁力线垂直的平面上产生感应电流，这个电流会形成闭环，成漩涡状。涡流会使铁心发热，消耗电能。

一般可以选择高的电阻率系数的材料来做磁芯（如铁素体），或者采用阻碍漩涡电流产生的结构（如使用层压的铁心结构）

3.线圈阻抗（铜损）

一般组成线圈的导体都有一定的阻抗，等效模型使用Rp、Rs来表示。它主要受线圈的导体的直径和圈数影响。（一般线圈电阻发热，将电能转换成热能损耗掉）

4.泄露磁通

在实际的线圈中，并不是所有的磁通能够对两个线圈起到耦合作用，这些没有起到耦合作用的磁通叫着泄露磁通。等效电路使用一个串行电感来表示，故也称为泄露电感）

影响泄露磁通的有绕线圈的技术和磁芯的几何结构

5.分布式电容

由于线圈和磁芯之间的耦合作用以及相邻匝之间的耦合作用，在变压器的线圈上存在一些寄生电容。等效模型使用Cdp、Cds来表示。主要受线圈的几何结构和磁芯的介电常数影响。

6.线圈间电容

主线圈和次级线圈之间存在一个耦合电容，用Cww来表示，它受线圈的几何形状和磁芯的介电常数影响。它也是共模信号在主次级线圈间耦合的主要通路。

7.隔离变压器的等效模型

下图是Pulse H5007用等效模型建模的pspice模型：

二．隔离变压器的工作原理

1.隔离变压器的工作原理

在主线圈施加交流电压V1，产生电流I1通过主线圈，通电线圈产生磁通量Φ。根据法拉第电磁感应定理：dt

d φ

ξN −=，主线圈产生的磁通量会在主级线圈和次级线圈中产生感应电压1ξ和2ξ。 得到：dt

d 1

1φξN −=，dt d 22φξN −=， 当忽略内阻的降压时，可以得出：

n

1

2121==N N V V 差模信号

当差分信号穿过隔离变压器主线圈时，能够在线圈上形成电流，完成隔离变压器的功能。

共模信号

当共模信号经过隔离变压器时，由于线圈两端的电压极性相同，不会形成电流。故不会将共模信号传递至次级线圈。但是线圈间的耦合电容Cww为共模信号的传递提供了通路：

隔离变压器的共模信号抑制

为了防止主级线圈上的共模信号传递至次级线圈，在主级线圈中添加中心抽头为共模信号的泄放提供通路：

2.共模抑制器的工作原理

当差分信号通过共模抑制器时，上面线圈上产生的磁通和下面线圈产生的磁通相互抵消，磁场效应消除，为差分信号提供了一条无阻抗通路。

当共模信号通过共模抑制器时，上面线圈上产生的磁通和下面线圈产生的磁通方向相同，磁场效应加强，根据楞次定理，共模信号将会遇到一个高阻抗的通路。在10M/100MTX

中共模抑制器一般会提供2K到3K欧姆的共模阻抗：

3.自藕器的工作原理

当差分信号经过自藕器时，上下两个线圈的磁通是相加，对差分信号是呈高阻抗。

当共模信号经过自藕器时，上下两个线圈的磁通相互抵消，为共模信号到地提供了一个低阻抗的泄放通路。

三、隔离变压器参数定义

隔离变压器的性能指标如下：

1.插入损耗（Insertion Loss）

插入损耗表示穿过隔离变压器之后的输出电压（V out）跟输入电压（Vin）之比（用dB表示）

原理图中间的device表示隔离变压器