高频变压器分布参数分析
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摘要： 随 着 单 端 反 激 电源 工作 频 率 的提 高 ， 高 频 变 压 器 分 布 参 数 的 影 响 不 可 忽视 ， 但 在 实 际设 计 中 一般 考 虑 漏 感 而 忽略 了分 布 电 容 的 影 响 。 高频 变压 器分 布 电容 可 分 为 绕 组 匝 问 电容 、 绕 组层 间 电 容 、 绕 组 间 电容 。 文章 给 出 了 高
频 变 压 器数 学模 型及 各 类 分 布 电 容 的 理论 计 算 方 法 。并 分析 了不 同绕 制 方 法和 空 间布 局 对 高 频 变 压 器 分 布 电容 的
影响 ． 最 后 通 过 实验 验 证 了理 论 分 析 的 正 确 性 。
关键词 ： 单 端 反 激 电源 ； 高频 变压 器 ； 绕 组 分 布 电容 ： 绕组 间分 布 电 容 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ４ ３ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ — ２ ８ ０ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ８ ９ — ０ ６
析， 给 出 了绕 组 分 布 电容 和绕 组 问 分 布 电容 的计 算 方法 ， 并 对 高 频 变压 器 不 同绕 法 及 绕组 布 局对 分 布
电容 的影 响进 行 了研究 ， 最 后进 行 了实 验验 证 。
收稿 Ｅ ｔ 期： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ２ ７
作者简介 ： 李豹（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 硕士 ， 研究方 向为 电机及其控制 。 张 ￣（ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 博 士研究 生 ， 研 究方 向为 电机及 其控
引 言
１ 高频变压器模型
单端 反 激 电源具 有 结 构简 单 、调压 范 围宽 、 输 入 输 出隔离 、 易 于实 现 多路 输 出等优 点 ． 特别 适 合 作 为 电动 汽 车用 电机 控制 器 的辅 助 电源 。高频 变压 器 作 为 单端 反 激 电源 的核 心部 件 ， 直 接 影 响着 系统 的整 机 性 能 。 目前单 端 反 激 电源 呈 现 出小 型 化 、 高 频率 、 高 功 率 密 度 的 发 展趋 势 ． 这 对 高 频 变 压 器 设 计 中分 布参 数 的影 响尤 为 突 出嗍 。分 布 参 数 主要 指 漏 感 和分 布 电容 ［ ９ ］ 。 高频 变 压 器 开关 管关 断 过 程 中
紧 密相关 。
到 满 足指 标要 求 的单端 反 激 电源 ， 也 就 明确 了分 析
分 布 电容 的重要 性 。
层 间 电容 的大 小 与 绕 组 的绕 制 方 式 有 着 密切
联系 ， 与两 层 之 间 电势 差 成 正 比 ， 减小 电 势 差 即 可
２ 绕 组分 布 电容 分析
制。
式， 其 分 布 电容 不 同 ， 对 单 端 反 激 电源 的影 响不 近 相同。
电
源
学
报
总第 ５ ０期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为 了保 证 单端 反 激 电源 工 作 的稳 定 性 。 必 须 明
确 影 响各 分 布 电容 的 因素 ， 通 过对 各 因素 的控 制 得
生谐 振 ， 增 加 开关 管 的 电压 应力 ， 产 生 电磁 干 扰 ， 降 低Ｅ ＭＣ特 性 。层 间 电容 与两 层 之 间 的 电势差 大小
示初 级 绕 组漏 感 ， 表示 次级 绕 组漏 感 ； ｓ 表示 初
视 了分 布 电容 的影 响 。 在 驱 动 信号 由高变 低 过 程 中 ， 高频 变 压 器 分 布
级 绕 组 电阻 ， 表 示 次级 绕 组 电 阻 ； 变 压 器绕 组 通
电容与漏感发生谐振 ， 增 大 变 压 器 损耗 ． 产 生 电 磁
辐射 ， 同 时 引起 很 高 的 电压 应 力 ， 降低 了开 关 管 的 可靠 性 。 同时分 布 电容 产 生 很 高 的 电流 尖 峰 ， 影 响 电流 采集 精 度 ， 严 重 影响 开关 电 源工作 。
电后 绕 组 存 在 电位 差 ， 同一 绕 组 匝与 匝之 间 、 同一
绕组 层 与 层 之 间 、绕组 与 绕 组之 间形 成分 布 电容 。 为 了分 析 方便 ， 将 变压 器 同一 绕 组 的 匝 间电容 和 层 间 电容统 称 为绕 组 分布 电容 ，用集 总 电容 、 Ｃ ｓ 表
为 此 ，文 章 首 先 对 高 频 变 压 器 模 型 进 行 了分
示， 变 压器 初 次 级绕 组 间 电容 统 称为 绕 组 间分 布 电 容， 用 。 、 Ｃ Ｐ Ｂ ２ 表示 。 、 Ｃ 反 应 了变 压 器初 次 级 绕 组 储存 电场能 量 的能力 ， 、 反 应 了变 压器 初 次 级 电场 的耦合 能力 。变 压器 分 布 电容 的 大小 与变压 器 加 工 工 艺 及 绕 组 绕 制 方 式 有 关 ，不 同 的绕 制 方
漏 感 产生 的 电压 尖峰 和 电磁 干 扰 ， 给 系 统造 成 安 全 隐患 ， 以往 在设 计 高频 变 压 器 时 只 重 视 漏 感 ， 而 忽
２
高频 变压 器模 型 如 图 １ 所示 阎 。
图 １ 高 频 变 压 器 模 型
当 高频 变压 器 初 次级 绕 组 耦 合 系 数 小 于 １时 存 在漏 磁场 ，漏感 可 以间接 表示 漏 磁场 大小 ， 表
第 ６期
２ ０１ ３年 １ １月
电
源
学
报
ＮＯ ． ６ ＮＯ Ｖ ． ２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｕｐ ｐ ｌ ｙ
高频变压器分布参数分析
李 豹． 张 云
（ 山 东省 汽 车 电子技 术 重点 实验 室 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ １ ４ ）
２ ． １ 绕 组 匝间 电容
绕 组 分布 电容包 括 匝间 电容 和层 间 电容 。以高
降低层 间 电容 ， 进 而提 高 高频 变压 器 特性 。层 间 电 容 对应 变压 器绕 组 中储 存 的 电场 能量 。根 据 下式 可
频 变 压 器数 学模 型及 各 类 分 布 电 容 的 理论 计 算 方 法 。并 分析 了不 同绕 制 方 法和 空 间布 局 对 高 频 变 压 器 分 布 电容 的
影响 ． 最 后 通 过 实验 验 证 了理 论 分 析 的 正 确 性 。
关键词 ： 单 端 反 激 电源 ； 高频 变压 器 ； 绕 组 分 布 电容 ： 绕组 间分 布 电 容 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｍ４ ３ ３ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ２ ０ ９ ５ — ２ ８ ０ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ８ ９ — ０ ６
析， 给 出 了绕 组 分 布 电容 和绕 组 问 分 布 电容 的计 算 方法 ， 并 对 高 频 变压 器 不 同绕 法 及 绕组 布 局对 分 布
电容 的影 响进 行 了研究 ， 最 后进 行 了实 验验 证 。
收稿 Ｅ ｔ 期： ２ ０ １ ３ — ０ ８ — ２ ７
作者简介 ： 李豹（ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 硕士 ， 研究方 向为 电机及其控制 。 张 ￣（ １ ９ ７ ９ 一） ， 男， 博 士研究 生 ， 研 究方 向为 电机及 其控
引 言
１ 高频变压器模型
单端 反 激 电源具 有 结 构简 单 、调压 范 围宽 、 输 入 输 出隔离 、 易 于实 现 多路 输 出等优 点 ． 特别 适 合 作 为 电动 汽 车用 电机 控制 器 的辅 助 电源 。高频 变压 器 作 为 单端 反 激 电源 的核 心部 件 ， 直 接 影 响着 系统 的整 机 性 能 。 目前单 端 反 激 电源 呈 现 出小 型 化 、 高 频率 、 高 功 率 密 度 的 发 展趋 势 ． 这 对 高 频 变 压 器 设 计 中分 布参 数 的影 响尤 为 突 出嗍 。分 布 参 数 主要 指 漏 感 和分 布 电容 ［ ９ ］ 。 高频 变 压 器 开关 管关 断 过 程 中
紧 密相关 。
到 满 足指 标要 求 的单端 反 激 电源 ， 也 就 明确 了分 析
分 布 电容 的重要 性 。
层 间 电容 的大 小 与 绕 组 的绕 制 方 式 有 着 密切
联系 ， 与两 层 之 间 电势 差 成 正 比 ， 减小 电 势 差 即 可
２ 绕 组分 布 电容 分析
制。
式， 其 分 布 电容 不 同 ， 对 单 端 反 激 电源 的影 响不 近 相同。
电
源
学
报
总第 ５ ０期
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为 了保 证 单端 反 激 电源 工 作 的稳 定 性 。 必 须 明
确 影 响各 分 布 电容 的 因素 ， 通 过对 各 因素 的控 制 得
生谐 振 ， 增 加 开关 管 的 电压 应力 ， 产 生 电磁 干 扰 ， 降 低Ｅ ＭＣ特 性 。层 间 电容 与两 层 之 间 的 电势差 大小
示初 级 绕 组漏 感 ， 表示 次级 绕 组漏 感 ； ｓ 表示 初
视 了分 布 电容 的影 响 。 在 驱 动 信号 由高变 低 过 程 中 ， 高频 变 压 器 分 布
级 绕 组 电阻 ， 表 示 次级 绕 组 电 阻 ； 变 压 器绕 组 通
电容与漏感发生谐振 ， 增 大 变 压 器 损耗 ． 产 生 电 磁
辐射 ， 同 时 引起 很 高 的 电压 应 力 ， 降低 了开 关 管 的 可靠 性 。 同时分 布 电容 产 生 很 高 的 电流 尖 峰 ， 影 响 电流 采集 精 度 ， 严 重 影响 开关 电 源工作 。
电后 绕 组 存 在 电位 差 ， 同一 绕 组 匝与 匝之 间 、 同一
绕组 层 与 层 之 间 、绕组 与 绕 组之 间形 成分 布 电容 。 为 了分 析 方便 ， 将 变压 器 同一 绕 组 的 匝 间电容 和 层 间 电容统 称 为绕 组 分布 电容 ，用集 总 电容 、 Ｃ ｓ 表
为 此 ，文 章 首 先 对 高 频 变 压 器 模 型 进 行 了分
示， 变 压器 初 次 级绕 组 间 电容 统 称为 绕 组 间分 布 电 容， 用 。 、 Ｃ Ｐ Ｂ ２ 表示 。 、 Ｃ 反 应 了变 压 器初 次 级 绕 组 储存 电场能 量 的能力 ， 、 反 应 了变 压器 初 次 级 电场 的耦合 能力 。变 压器 分 布 电容 的 大小 与变压 器 加 工 工 艺 及 绕 组 绕 制 方 式 有 关 ，不 同 的绕 制 方
漏 感 产生 的 电压 尖峰 和 电磁 干 扰 ， 给 系 统造 成 安 全 隐患 ， 以往 在设 计 高频 变 压 器 时 只 重 视 漏 感 ， 而 忽
２
高频 变压 器模 型 如 图 １ 所示 阎 。
图 １ 高 频 变 压 器 模 型
当 高频 变压 器 初 次级 绕 组 耦 合 系 数 小 于 １时 存 在漏 磁场 ，漏感 可 以间接 表示 漏 磁场 大小 ， 表
第 ６期
２ ０１ ３年 １ １月
电
源
学
报
ＮＯ ． ６ ＮＯ Ｖ ． ２ ０１ ３
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｕｐ ｐ ｌ ｙ
高频变压器分布参数分析
李 豹． 张 云
（ 山 东省 汽 车 电子技 术 重点 实验 室 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ １ ４ ）
２ ． １ 绕 组 匝间 电容
绕 组 分布 电容包 括 匝间 电容 和层 间 电容 。以高
降低层 间 电容 ， 进 而提 高 高频 变压 器 特性 。层 间 电 容 对应 变压 器绕 组 中储 存 的 电场 能量 。根 据 下式 可