计算节点X的电流,并通过对它的方程求倒数,就能得到二次微分方程
图3 上升沿等效电路
figure3 equivalent circuits of ascending edge
(2)脉冲顶部
在脉冲顶部时,脉冲持续期内电压电流基本保持不变,因此漏感和分布电容便不起主要作用,励磁电感起重要作用。由此得到图4所示的脉冲平顶的等效电路。
计算节点X的电流,得到一次微分方程: 这个方程的解是:
图4 脉冲平顶等效电路
figure4 equivalent circuits of flat part
(3)脉冲后沿
漏感通常比励磁电感小很多,可以忽略。脉冲后沿时,储存在励磁电感中的磁能和分布电容中的电能释放能量,因此励磁电感和分布电容起主要作用。 由此得到图5所示的下降沿等效电路。
计算节点X的电流,得到二次微分方程:
图5 下降沿等效电路
figure5 equivalent circuits of descending edge
4、变压器分布参数影响的仿真分析
根据以上分析,用软件PSPICE进行仿真。所使用的参数如图6所示,仿真波形如图7所示。
图6 仿真原理图
figure6 schematic diagram of the simulation
图7 用PSPICE计算出的波形
figure7 the waveform computed by PSPICE
由图7的仿真波形可见,由于分布参数的存在,在上升沿时具有上冲,在下降沿时存在下冲。互感和漏感能量在开关转换瞬时引起电压尖峰,造成损耗增加,严重时会造成开关管损坏,同时也是EMI的主要来源,因此必须加以控制。
5、变压器分布参数的抑制和利用
5.1 变压器分布参数的抑制
根据漏感和分布电容的产生原因,可以采取以下措施来进行抑制。
(1)减少漏感的方法
① 减少绕组的匝数,选用高饱和磁感应强度、低损耗的磁性材料;
② 减少绕组的厚度,增加绕组的高度;
③ 尽可能减少绕组间的绝缘厚度;
④ 初、次级绕组采用分层交叉绕制;
⑤ 初、次级绕线应双线并绕。
(2)减少分布电容的方法
① 绕组分段绕制;
② 正确安排绕组的极性,减少它们之间的电位差;
③ 采用静电屏蔽措施。
5.2 变压器分布参数的利用
为满足小型化要求,同时克服分布参数的影响,使开关变换器在高频下高效率地运行,自20世纪70年代以来,国内外不断研究开发高频软开关技术[4]。软开关技术很好地利用了电路中的分布参数,将寄生电感和电容作为谐振元件的一部分,消除了分布参数引起的电压尖峰。图8所示谐振变换器电路,图9给出的相应仿真波形,较为形象地说明了软开关利用分布参数所达到的效果。