一種高壓正弦波變頻逆變電源

3 電路設計中的幾個關鍵問題

3．1 高壓高頻變壓器的設計

普通的開關電源輸入輸出都是低壓，輸入輸出大都在幾百伏以內，因此，普通高頻變壓器的原副邊設計區(qū)別不大，比較好處理。但高壓高頻變壓器設計起來比較困難，它有兩個特點：

1）絕緣問題不好處理，體積越小，對絕緣材料的要求越高；

2）副邊匝數(shù)要遠遠高于原邊匝數(shù)，造成高壓高頻變壓器的副邊分布參數(shù)對電路的影響很大，特別是在高頻情況下，變壓器副邊漏感和雜散電容將極大地影響能量的傳輸過程。

因此，對這種變壓器的分析也不同于普通高頻變壓器。高壓變壓器的等效電路圖如圖3所示。其中變比為1：N的變壓器是不考慮分布參數(shù)的理想變壓器。Lp，Ls是原副邊漏感，Rp，Rs是原副邊繞組等效電阻，Cp，Cs為原副邊雜散電容。

圖3 高壓變壓器等效電路

由理想變壓器輸出部分向右看，可得輸入輸出傳遞函數(shù)為

式中：Vo′和Vo分別是理想變壓器的輸出電壓和該電壓經(jīng)Ls，Rs，Cs電路濾波后的輸出電壓。

這是一個二階濾波電路，其傳遞函數(shù)的幅頻和相頻特性示意圖如圖4所示。由圖4可見，對同樣幅值的輸入電壓，頻率由小到大變化時，其輸出響應先變大，到某一個最高點后，再逐漸變小。這意味著主電路的增益在頻率變化時會劇烈變化，給控制電路的設計帶來不便。由相頻特性可見變壓器相當于一個滯后環(huán)節(jié)。

（a）幅頻特性圖

（b）相頻特性圖

圖4 二階濾波電路的幅頻及相頻特性

由以上分析可知，由于漏感和雜散電容的存在，高壓高頻變壓器在電路中的增益隨頻率的變化而變化，且容易出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。以某高壓高頻變壓器為例，實際測量該變壓器的參數(shù)為：Ls=0.8H，Rs=25Ω，Cs=5000pF。則其諧振角頻率ωo=15.8×103rad/s，對應的諧振開關頻率fo=2.5kHz，品質因數(shù)Q≌500。在頻率約5～10kHz范圍該變壓器增益極大,須將輸入電壓降得很低才能得到所需輸出，很容易造成輸出過壓。而過了10kHz頻帶后，增益迅速衰減，須將輸入電壓升得很高才能得到所需輸出，在20kHz頻率下會出現(xiàn)電壓傳遞不到副邊的現(xiàn)象。

因此，在高壓高頻變壓器的繞制過程中，應注意減少其漏感以提高諧振頻率?？刹捎脺p少繞組匝數(shù)，原副邊緊密耦合，應用高密度絕緣材料等辦法解決該問題。