本文主要為大家講解一下變壓器中的兩個(gè)寄生參數(shù)，漏感與分布電容。從定義到產(chǎn)生的原因，以及危害等多方面進(jìn)行講解。大家好好學(xué)習(xí)吧！下面先來介紹一下漏感的相關(guān)知識(shí)。

漏感的定義

漏感是電機(jī)初次級(jí)在耦合的過程中漏掉的那一部份磁通

變壓器的漏感應(yīng)該是線圈所產(chǎn)生的磁力線不能都通過次級(jí)線圈,因此產(chǎn)生漏磁的電感稱為漏感。

漏感產(chǎn)生的原因

漏感的產(chǎn)生 是由于某些初級(jí)（次級(jí)）磁通沒有通過磁芯耦合到次級(jí)（初級(jí)），而是通過空氣閉合返回到初級(jí)（次級(jí)）。

導(dǎo)線的電導(dǎo)率大約為空氣電導(dǎo)率的109倍，而變壓器用的鐵氧體磁芯材料的磁導(dǎo)率大約只有空氣磁導(dǎo)率的104倍。因此磁通在通過鐵氧體磁芯構(gòu)成的磁路時(shí)，就會(huì)有一部分漏入空氣，在空氣中形成閉合磁路，從而產(chǎn)生漏磁。而且隨著工作頻率的提高，所使用的鐵氧體磁芯材料的磁導(dǎo)率會(huì)降低。因此在高頻下，這種現(xiàn)象更為明顯。

漏感的危害 

漏感是開關(guān)變壓器的一項(xiàng)重要指標(biāo)，對(duì)開關(guān)電源性能指標(biāo)的影響很大，漏感的存在，當(dāng)開關(guān)器件截止瞬間會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，容易把開關(guān)器件過壓擊穿；漏感還可以與電路中的分布電容以及變壓器線圈的分布電容組成振蕩回路，使電路產(chǎn)生振蕩并向外輻射電磁能量，造成電磁干擾。

影響漏感的因素 

對(duì)于固定的已經(jīng)制作好的變壓器，漏感與以下幾個(gè)因素有關(guān)：

K:繞組系數(shù)，正比于漏感，對(duì)于簡單的一次繞組和二次繞組，取3，如果二次繞組與一次繞組交錯(cuò)繞制，那么，取0.85，這就是為什么推薦三明治繞制方法的原因，漏感下降很多很多，大概到原來的1/3還不到。

Lmt：整根繞線繞在骨架上平均每匝的長度。所以，變壓器設(shè)計(jì)者喜歡選擇磁心中柱長的磁心。繞組越寬，漏感就越減小，把繞組的匝數(shù)控制在最少的程度，對(duì)減小漏感非常有好處。匝數(shù)對(duì)漏感的影響是二次方的關(guān)系。

Nx：繞組的匝數(shù)

W：繞組寬度

Tins：繞線絕緣厚度

bW：制作好的變壓器所有繞組的厚度.

但是，三明治繞法帶來麻煩就是寄生電容增大，效率降低。這些電容是因?yàn)榻y(tǒng)一繞組鄰近線圈電位不同引起。開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)，這些存儲(chǔ)于其中的能量就會(huì)用尖峰的形式釋放出來的。

減少漏感的主要方法 

1）每一組繞組都要繞緊，并且要分布平均。

2）引出線的地方要中規(guī)中矩，盡量成直角，緊貼骨架壁。

3）未能繞滿一層的要平均疏繞滿一層。

4）絕緣層盡量減少，滿足耐壓要求即可。

5）如空間有余，可考慮加長型的骨架，盡量減少厚度。

如果是多層線圈，同理可作出更多層線圈的磁場(chǎng)分布圖。為了減少漏感，可將初級(jí)和次級(jí)都分段。例如分成初級(jí)1/3→次級(jí)1/2→初級(jí)1/3→次級(jí)1/2→初級(jí)1/3或初級(jí)1/3→次級(jí)2/3→初級(jí)2/3→次級(jí)1/3等，最大磁場(chǎng)強(qiáng)度降低到1/9。但是，線圈分得太多，繞制工藝復(fù)雜，線圈間間隔比例加大，充填系數(shù)降低，同時(shí)初級(jí)與次級(jí)之間的屏蔽困難。

在輸出與輸入電壓都比較低的情況下，又要求漏感非常小，如驅(qū)動(dòng)變壓器，可以采用雙線并繞，同時(shí)采用窗口寬高比較大的磁芯，象罐型，RM型，PM鐵氧體磁性，這樣在窗口中磁場(chǎng)強(qiáng)度很低，可以獲得較小的漏感。

漏感的測(cè)量

測(cè)量漏感的一般方法是將次級(jí)（初級(jí)）繞組短路，測(cè)量初級(jí)（次級(jí)）繞組的電感，所得的電感值就是初級(jí)（次級(jí)）到次級(jí)（初級(jí)）的漏感。一個(gè)好的變壓器漏感不應(yīng)該超過自身勵(lì)磁電感的2~4%。通過測(cè)量變壓器的漏感，可以判斷一個(gè)變壓器制作的優(yōu)劣。高頻下漏感對(duì)電路的影響更大，繞制變壓器時(shí)應(yīng)該盡量降低漏感，大多采用初級(jí)（次級(jí)）-次級(jí)（初級(jí)）-初級(jí)（次級(jí)）的“三明治”結(jié)構(gòu)來繞制變壓器以降低漏感。

漏感與漏磁的區(qū)別 

漏感是有兩個(gè)或以上繞組的情況下，初級(jí)跟次級(jí)的耦合，有一部分磁通沒有完全耦合到次級(jí)，漏感的單位是H，它是由初級(jí)到次級(jí)的漏磁產(chǎn)生的漏磁，可以是一個(gè)繞組，也可以是多個(gè)繞組，有一部分磁力線泄露沒有在主磁力線方向。漏磁的單位是Wb。漏感是因?yàn)槁┐女a(chǎn)生，但是漏磁不一定產(chǎn)生的都是漏感。

接下來我們來講一下分布電容！

變壓器因繞組層數(shù)較多，會(huì)產(chǎn)生分布電容，在高頻狀態(tài)下工作時(shí)，這些分布電容對(duì)變壓器工作狀態(tài)產(chǎn)生很大的影響，如EMC變差、變壓器發(fā)熱等。所以盡必需要了解這些分布電容。

變壓器繞組繞在磁芯骨架上，特別是饒組的層數(shù)較多時(shí)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生分布電容，由于變壓器工作在高頻狀態(tài)下，那么這些分布電容對(duì)變壓器的工作狀態(tài)將產(chǎn)生非常大的影響，如引起波形產(chǎn)生振蕩，EMC變差，變壓器發(fā)熱等。

所以很有必要對(duì)變壓器的分布電容狠狠的研究一把，下面對(duì)這個(gè)分布電容來展開討論。

分布電容既然有危害，那么我們就要設(shè)法減小這個(gè)分布電容的影響，首先分析下分布電容的組成。

繞組間電容

首先講講繞組匝間電容

我們知道電容的基本構(gòu)成就是兩塊極板，當(dāng)兩塊極板加上適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，極板之間就會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，并儲(chǔ)存電荷。

那么，我們是否可以把變壓器相鄰兩個(gè)繞組看成連個(gè)極板呢？答案是可以的，這個(gè)電容就是繞組匝間電容。

以變壓器初級(jí)繞組為例，當(dāng)直流母線電壓加在繞組兩端時(shí)，各繞組將平均分配電壓，每匝電壓為 Vbus/N，也就是說每匝之間的電壓差也是Vbus/N。當(dāng)初級(jí)MOS管開關(guān)時(shí)，此電壓差將對(duì)這個(gè)匝間電容反復(fù)的充放電，特別是大功率電源，由于初級(jí)匝數(shù)少，每匝分配的電壓高，那么這個(gè)影響就更嚴(yán)重。但總的來說，匝間電容的影響相對(duì)于其他的分布電容來說，幾乎可以忽略。

要減小這個(gè)電容的影響，我們可以從電容的定義式中找到答案：

C=εS/4πkd----------（1）

其中  C:繞組匝間電容量

ε：介電常數(shù)，由兩極板之間介質(zhì)決定

S：極板正對(duì)面積

k：靜電力常量

d：極板間的距離

從上式我們可以看出，可以選用介電常數(shù)較低的漆包線來減小匝間電容，也可以增大繞組的距離來減小匝間電容，如采用三重絕緣線。

接下來我們來看看看繞組的層間電容，這里的層間電容指的是每個(gè)單獨(dú)繞組各層之間的電容。

我們知道，在計(jì)算變壓器時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)單個(gè)繞組需要繞2層或2層以上，那么此時(shí)的每2層之間都會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，即會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等效電容效應(yīng)，我們把這個(gè)電容稱為層間電容。如下圖：

此處電容“C”既層間電容

層間電容是變壓器的分布電容中對(duì)電路影響最重要的因素，因?yàn)檫@個(gè)電容會(huì)跟漏感在MOSFET開通于關(guān)閉的時(shí)候，產(chǎn)生振蕩，從而加大MOSFET與次級(jí)Diode的電壓應(yīng)力，使EMC變差。

既然有害處，那么我們就需要想辦法來克服它，把它的影響降低到可以接受的范圍。

方法一：參照公式（1），在d上作文章，增大繞組的距離來減小層間電容，最有代表性的就是采用三重絕緣線。

但這個(gè)方法有缺點(diǎn)，因?yàn)榫€的外徑粗了之后，帶來的后果就是繞線層數(shù)的增加，而這不是我們想看到的。

方法二：可以通過選擇繞線窗口比較寬的磁芯骨架，因?yàn)槔@線窗口寬，那么單層繞線可以繞更多的匝數(shù)，也意味著可以有效降低繞線的層數(shù)，那么層間電容就有效降低了。

這個(gè)是最直接的，也是最有效的。

但同樣有缺點(diǎn)，選擇磁芯骨架要受到電源結(jié)構(gòu)尺寸的限制。

方法三：可以在變壓器的繞線工藝上來作文章

可以采用交叉堆疊繞法來降低層間電容，如下圖：

此種繞法有個(gè)顯著缺點(diǎn)，會(huì)增加初次級(jí)之間的耦合面積，也就是說會(huì)加大初次級(jí)繞組之間的電容，使EMC變差，有點(diǎn)得不償失的感覺。

方法四：還是在繞制工藝上作文章

先來看普通的繞法如下圖：

如上圖，這個(gè)是我們常用的繞法（也叫U形繞法），我們可以清楚的看到，第1匝與第2N匝之間的壓差將非常大，在初中我們學(xué)過的物理上有講，Q=C*U，壓差越大，那么在這個(gè)電容上儲(chǔ)存的電荷就越多，那么這個(gè)地方的干擾電壓斜率將非常大，也就是說在這個(gè)地方形成的干擾就越大。

我們可以采用Z形繞法來降低這個(gè)影響

Z形繞法（也叫折疊繞法）如下

從上圖我們可以看到，此種繞法可以顯著降低電壓斜率，對(duì)EMC時(shí)非常有利的。

缺點(diǎn)就是繞制工藝相對(duì)復(fù)雜點(diǎn)。

繞組匝間電容

變壓器相鄰兩個(gè)繞組間產(chǎn)生的電容就是繞組匝間電容。匝間電容在高壓輸出時(shí)，可能改變繞組間的絕緣強(qiáng)度，特別在單槽骨架中，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起匝間擊穿短路。為了減小匝間電容，可以選擇介電常數(shù)較低的漆包線，也可以增大繞組匝間的距離，也可以用多槽的骨架進(jìn)行分段繞制。從整體來看，匝間電容的影響相對(duì)于其他的分布電容來說，幾乎可以忽略。

繞組層間電容

層間電容指的是變壓器每個(gè)單獨(dú)繞組各層之間的電容。需要有2個(gè)以上繞組層變壓器才有。層間電容占變壓器總分布電容的比例相當(dāng)大，會(huì)加大MOSFET與次級(jí)Diode的電壓應(yīng)力，使EMC變差。減小層間電容有多種方法，可以增大繞組層間距離，如采用三重絕緣線; 也可以選擇繞線面積較寬的骨架；還可以采用交叉堆疊繞法來降低層間電容。各種方法都有它的優(yōu)缺點(diǎn)。

層間電容的危害

顧名思義，繞組電容就是指繞組之間產(chǎn)生的電容，比如說初級(jí)繞組Np與次級(jí)繞組Ns之間的電容,此電容由于存在于初次級(jí)繞組之間，對(duì)電路的EMI是相當(dāng)不利的，因?yàn)槌跫?jí)產(chǎn)生的共模電流信號(hào)可以通過這個(gè)電容耦合到次級(jí)中去，這就造成了非常大的共模干擾；而共模干擾可能會(huì)引起電路噪音或者輸出的不穩(wěn)定。

解決的方法一般就是在初次級(jí)之間加一個(gè)屏蔽層，并且將這個(gè)屏蔽層接到電路中的某點(diǎn)，來降低此電容的影響

一般把這種屏蔽層稱為法拉第屏蔽層，一般由銅箔或繞組構(gòu)成在用銅箔時(shí)，我們一般用0.9T,或者1.1T，不選擇1T，因?yàn)?T的話，容易短路。那為何不能短路呢，短路會(huì)帶來什么樣的后果？將磁力線短路了，那么電感就接近零，再反射到初級(jí)，那么初級(jí)的電感也為零，這個(gè)時(shí)候初級(jí)是通電的，結(jié)果……“砰”就炸機(jī)了。