閉環(huán)DC-DC轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)分析中的注入變壓器

摘要：電流變壓器作為電壓變壓器使用，可替代作為測(cè)試配件出售的注入變壓器，贏得更高的成本效益。

　　工程實(shí)驗(yàn)室通常配備有網(wǎng)絡(luò)分析儀，但很少配備用于DC-DC轉(zhuǎn)換器閉環(huán)分析的注入變壓器。Agilent公司出售這種變壓器，作為測(cè)試設(shè)備配件，但是價(jià)格昂貴。Ridley Engineering和Venable公司也出售注入變壓器。這種注入變壓器具有出色的性能指標(biāo)，但是價(jià)格也很昂貴。注意，它們的作用僅僅是變壓器。作為另外一種替代方案，你也可以將電流變壓器作為電壓變壓器使用，獲得一個(gè)更具成本效益的注入變壓器。

　　設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，最難的參數(shù)是帶寬。一方面，低頻性能需要更大的磁芯和更多的匝數(shù)，這樣會(huì)增大變壓器的物理尺寸。另一方面，高頻性能需要良好的耦合、小尺寸和最少的匝數(shù)。 幸好，電流變壓器適合大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。例如，Pulse Engineering公司的PE-51687在鐵氧體磁芯上有一個(gè)100匝的初級(jí)繞組，沒(méi)有次級(jí)繞組。

　　磁芯上有一個(gè)通孔，用戶可以用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線自己繞制任意匝數(shù)的次級(jí)線圈。這條線同時(shí)也作為待測(cè)電路的一條連接線，并能根據(jù)次級(jí)線圈的匝數(shù)提供一定的驅(qū)動(dòng)電平。 由于構(gòu)建的是電壓變壓器，因此需要控制初級(jí)電壓。假使變壓器的初級(jí)電抗比網(wǎng)絡(luò)分析儀源電抗高，則給初級(jí)并聯(lián)一個(gè)50電阻，就可正確地端接網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)源。低頻情況下，初級(jí)感抗必須大于從變壓器看過(guò)去的戴維南(Thevenin)等效阻抗(25)。

　　PE-51687的初級(jí)電感為20mH，變壓器可以工作的最低頻率應(yīng)滿足： Xl=2*3.1416*Freq*Lprim。

　　對(duì)上式變形可以得到：Freq = 25/(6.28*20mH) = 200Hz 200Hz的低頻截止頻率適用于小信號(hào)，但是如果電壓較大，超過(guò)了磁芯的伏秒積指標(biāo)，則會(huì)導(dǎo)致磁芯飽和。PE-51687的初級(jí)伏秒積指標(biāo)為600V*ms (600ms，1V)。因此，驅(qū)動(dòng)電壓也會(huì)限制低端頻率響應(yīng)。

　　高頻響應(yīng)受限于初級(jí)線圈中的電容。例如，PE-51687的高頻響應(yīng)可達(dá)5MHz，并在超出該頻率時(shí)出現(xiàn)一個(gè)峰(圖1)。注意到這個(gè)峰幅度很高(+15dB)，但在次級(jí)并聯(lián)22電阻可使其大幅度降低(圖2)。多數(shù)情況下，通過(guò)限制網(wǎng)絡(luò)分析儀的掃頻上限可避開(kāi)這個(gè)峰。

　　圖1. PE-51687變壓器的頻率響應(yīng)，次級(jí)線圈的匝數(shù)為8。

　　圖2. PE-51687變壓器的頻率響應(yīng)，次級(jí)并聯(lián)22電阻。

　　圖1和圖2 (還有后面的圖5)所示的頻響圖是在網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號(hào)源以0dBm驅(qū)動(dòng)下，利用分析儀的50輸入和一個(gè)X10 (-20dB)倍的FET探頭測(cè)得的，測(cè)試裝置如圖3所示。試驗(yàn)所用的變壓器有8匝Teflon絕緣的24AWG線(由于Teflon絕緣層可以經(jīng)受焊接時(shí)的高溫，適合用來(lái)進(jìn)行電路連接，用其它導(dǎo)線也是可以的)。由于匝數(shù)比為100:8，該變壓器有-21.9dB的插入損耗。因此，測(cè)量值(-42dBm)中包括了FET探頭的損耗。

　　圖3. 注入變壓器用于環(huán)路增益測(cè)量。