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    變壓器中的分布電容與屏蔽

    發布時間:2010-11-09

    中心議題:
    • 變壓器中的分布電容組成
    • 變壓器中的干擾屏蔽
    解決方案:
    • 降低干擾源的強度
    • 增強被驅動的MOS管的抗干擾能力
    • 阻隔干擾的通路

    實際電路都是由非理想元件組成的,在設計中可能會遇到許多預料不到的情況。在調試如圖1所示的普通全橋電源時,輸出不是料想中平穩的波形,而是不時發生間歇振蕩,并發出“吱吱”聲,有時甚至會燒毀開關管。對電路進行分析后未發現結構上可能導致不穩定的因素,于是改變輸出采樣的電壓比,將輸出調定在半電壓24V上,使用90V的輸入直流電壓,在保證功率管安全的情況下進行調試。待電路工作正常后,再緩慢升高輸入直流電壓,經過多次試驗,發現當Ui為180~250V時就可能引發振蕩,最后判定是驅動變壓器各個繞組之間的分布電容在搗亂。
    兩只開關管的電容分布如圖2所示,其中C2是繞組NA的下端M與NB的上端P間的分布電容。當驅動變壓器的繞組NA輸出正脈沖時NB輸出負脈沖,TA管由截止轉為飽和導通,于是TA管的源極即M點的電位急速升高,并通過電容C2提升NB繞組上端P的電位,升高的數值與兩個繞組的分布電容C1、C2、C3有關,還和P點到地的高頻阻抗以及M點電位上升的速度有關。如果提升的數值大于NB繞組自身的負脈沖幅度,就會引發TB管的瞬時導通,從而出現前面所述的間歇振蕩。其他各管導通時也會有類似情況發生。

    解決電磁干擾一般有三種途徑,一是降低干擾源的強度,二是增強被驅動的MOS管的抗干擾能力,三是阻隔干擾的通路。在本例中,干擾源就是變壓器要傳遞的脈沖,這是無法降低的。給驅動加上負壓,可以大大增強MOS管的抗干擾能力,這種方法為許多電源所采用。本例采用第三種方法,即在驅動變壓器的各繞組間加繞屏蔽層,其結構如圖3所示,共5個繞組和5個屏蔽層。

    整個變壓器包括屏蔽層從左向右逐層繞制,N1接到控制回路的地;兩個下管驅動繞組由于電位變化不大,同時與N2連接,實際上是接到了功率地;N3和N4將上管繞組NA包了起來,并與NA的異名端相接;N5將繞組ND與NA隔離。這樣每個繞組都和它的屏蔽層同電位,它們之間不會有容性電流。當上管TA導通、上管繞組NA的電位跳升時,屏蔽層N3和N4的電位也要同樣跳變,由于N2和N3之間的分布電容,這個跳變將在這兩個屏蔽層中間產生電流,但對管子的驅動沒有影響,只是會耗損一點主功率。在實際電路中采用了加電磁屏蔽的驅動變壓器之后,問題得到了全部解決。
    需要特別提出的是,屏蔽的作用是將各個繞組隔離開,以避免分布電容的不良影響。因此屏蔽層接到什么地方,是需要慎重考慮的,否則可能適得其反。如果圖3中的N3、N4不與NA相接,而是與N2一起接到功率地,則電容分布如圖4所示,C6、C7分別表示繞組NA的上下端與屏蔽層N3間,也就是功率地間的分布電容(實際上C6、C7分別是包含了圖2中C4、C1后的等效電容)。

    當NA輸出正脈沖的上升沿時,TA迅速導通,M點電位跳升,于是C6、C7中要有容性電流產生。M是低阻抗點,電流iC7對它的電位影響不大,但N點卻是高阻抗點,iC6電流將瞬間降低它的電位,可能使TA管瞬間關斷。因此不能采用這種連接方式。屏蔽層N3、N4如改與NA的同名端相接,效果也不好。
    對于分布電容引起的截止管誤導通,可以采取設置負壓驅動和屏蔽隔離兩種辦法來解決。給變壓器增加屏蔽層會使驅動變壓器的設計變得復雜,但不用對電路進行修改,仍不失為一種實用有效的方法。
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