開關電源教程(38):變壓器的分布電容分析

2-1-1-18．開關電源變壓器的分布電容

開關變壓器初、次級線圈的分布電容，對開關電源性能指標的影響也很重要，它會與變壓器線圈的漏感組成振蕩回路產生振蕩。當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候，振蕩回路就會釋放能量，使電路產生振蕩。如果振蕩回路的品質因數比較高，電路就會產生寄生振蕩，并產生EMI干擾。

另外，開關電源電壓輸入回路的濾波電感，其分布電容的大小對EMC指標的影響非常大，因此在這里也需要對濾波電感線圈的分布電容構成以及原理有充分的理解。從原理上來說，濾波電感線圈的分布電容與開關變壓器線圈的分布電容基本上是沒有根本區別的，因此，對變壓器線圈分布電容的分析與計算方法，對濾波電感線圈同樣有效。

開關變壓器初、次級線圈的分布電容與結構有關，因此，要精確計算不同結構的開關變壓器初、次級線圈的分布電容難度比較大。下面我們先以最簡單的雙層線圈結構的開關變壓器為例，計算它們的初級或次級線圈的分布電容。

圖2-41是分析計算開關變壓器線圈之間分布電容的原理圖。

設圓柱形兩層線圈之間的距離為d，高度為h，平均周長為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處對應的電位差。通常Ua=0 ，或Ua=Ub 。

設兩個線圈相對應的兩表層間的電場近似均勻分布，即近似平板電容器的電場，那么，根據（2-112）式就可以求得該電場貯存的能量為：

式中， Cs變壓器初級或次級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 處對應的電位差。

對于變壓器初級或次級僅有兩層的線圈，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 。

對于圖2-42-a，可求得變壓器初級或次級兩層線圈之間的分布電容為：

Cs=εrε0gh/3d ——Ua=0 時 （2-115）

對于圖2-42-b，可求得變壓器初級或次級兩層線圈之間的分布電容為：

Cs=εrε0gh/4d ——Ua=Ub 時 （2-116）

由此可知，變壓器初級或次級兩層線圈之間的分布電容，除了與變壓器線圈的高度、周長、兩層線圈之間的距離等參數相關外，還與兩層線圈之間的電位差有關。