開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載72)

2-1-1-18．開(kāi)關(guān)電源變壓器的分布電容

開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的分布電容，對(duì)開(kāi)關(guān)電源性能指標(biāo)的影響也很重要，它會(huì)與變壓器線圈的漏感組成振蕩回路產(chǎn)生振蕩。當(dāng)輸入脈沖電壓的上升或下降率大于振蕩波形的上升或下降率的時(shí)候，振蕩回路就吸收能量，使輸入脈沖波形的前、后沿都變差；而當(dāng)輸入脈沖電壓的上升或下降率小于振蕩波形的上升或下降率的時(shí)候，振蕩回路就會(huì)釋放能量，使電路產(chǎn)生振蕩。如果振蕩回路的品質(zhì)因數(shù)比較高，電路就會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩，并產(chǎn)生EMI干擾。

另外，開(kāi)關(guān)電源電壓輸入回路的濾波電感，其分布電容的大小對(duì)EMC指標(biāo)的影響非常大，因此在這里也需要對(duì)濾波電感線圈的分布電容構(gòu)成以及原理有充分的理解。從原理上來(lái)說(shuō)，濾波電感線圈的分布電容與開(kāi)關(guān)變壓器線圈的分布電容基本上是沒(méi)有根本區(qū)別的，因此，對(duì)變壓器線圈分布電容的分析與計(jì)算方法，對(duì)濾波電感線圈同樣有效。

開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的分布電容與結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，要精確計(jì)算不同結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的分布電容難度比較大。下面我們先以最簡(jiǎn)單的雙層線圈結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)變壓器為例，計(jì)算它們的初級(jí)或次級(jí)線圈的分布電容。
圖2-41是分析計(jì)算開(kāi)關(guān)變壓器線圈之間分布電容的原理圖。

設(shè)圓柱形兩層線圈之間的距離為d，高度為h，平均周長(zhǎng)為g 。假定兩層線圈之間沿高度的電位差為線性變化，即：

Ux=Ua+(Ub-Ua) x/h （2-112）

式中： Ux為兩層線圈之間沿高度變化的電位差， Ua、Ub 分別為x=0和x=h處對(duì)應(yīng)的電位差。通常Ua=0 ，或Ua=Ub 。
設(shè)兩個(gè)線圈相對(duì)應(yīng)的兩表層間的電場(chǎng)近似均勻分布，即近似平板電容器的電場(chǎng)，那么，根據(jù)（2-112）式就可以求得該電場(chǎng)貯存的能量為：

式中， Cs變壓器初級(jí)或次級(jí)兩層線圈之間的分布電容；U為變壓器兩層線圈之間的工作電壓；Ua、Ub 分別為x=0 和x=h 處對(duì)應(yīng)的電位差。

對(duì)于變壓器初級(jí)或次級(jí)僅有兩層的線圈，它只有兩種接法，如圖2-42所示。在圖2-42-a中，Ua=0 ，Ub=U2-U1=U ；在圖2-42-b中，Ua=Ub=(U2-U1)/2=U/2 。

對(duì)于圖2-42-a，可求得變壓器初級(jí)或次級(jí)兩層線圈之間的分布電容為：

Cs=εrε0gh/3d ——Ua=0 時(shí) （2-115）

對(duì)于圖2-42-b，可求得變壓器初級(jí)或次級(jí)兩層線圈之間的分布電容為：

Cs=εrε0gh/4d ——Ua=Ub 時(shí) （2-116）

由此可知，變壓器初級(jí)或次級(jí)兩層線圈之間的分布電容，除了與變壓器線圈的高度、周長(zhǎng)、兩層線圈之間的距離等參數(shù)相關(guān)外，還與兩層線圈之間的電位差有關(guān)。