多次级高压变压器的分布电容_技术

引言

高压变压器的分布参数主要是漏感和分布电容，在高压变压器应用中单次级变压器的分布电容很大，严重影响了电路的工作性能。为了减小分布电容，将单次级绕组分段绕制后再串联，后接整流和滤波电路。如果分段后变比依旧很大，那么在次级匝数依然很多的情况下，分布电容依然较大。当分布电容不为所用时，只有想方设法减小它。

    本文通过传统绕线和PCB迭绕两种工艺的比较，并采用谐振法测得谐振频率及通过计算得到分布电容，最后以实测波形说明分布电容对电路性能的影响。

1 分布电容产生机理
    在高压变压器中，分布电容由匝间分布电容和层间分布电容构成。任何两匝线圈间都存在分布电容。将“平板电容器的电容量与极板面积成正比，与极板间距成反比”表达成只有相邻两匝线圈时单位长度分布电容表达式为：

    其中，C为单位长度分布电容值；ε为两线圈间介质的介电常数；s为长为单位长度、宽为线径的等效对立面积；d为两线圈中心间距。为减小两线间分布电容，减小ε和s，增加d。

2 传统绕制线包和PCB线圈的比较
    为方便比较，两种工艺绕制的变压器均采用如下相同参数：
    工作模式：全桥拓扑；工作频率：150 kHz；输入电压／电流：50 V／3A；初级匝数Np：4匝；8个输出次级匝数Ns1～Ns8：68匝，68匝，68匝，68匝，62匝，62匝，62匝，62匝；次级线径／线宽：0．2mm；磁芯：PQ40；绝缘等级：初级和次级及次级和磁芯间耐压大于8kV DC；绝缘处理：均采用0．05 mm厚的聚酯薄膜胶纸。
2．1 线包绕制工艺
    高压变压器的线包绕制工艺如下：
    (1)采用直径为16 mm的圆柱型绕线骨架，所有绕线距骨架的上下都应有4mm以上留边距离；
    (2)初级采用宽6 mm×厚0．05 mm的铜箔，次级均采用线径为0．2 mm的漆包线，绕完初级后依次绕次级，所有次级均一层内绕完；
    (3)初级／磁芯中柱间绝缘要求的聚酯薄膜为24 mm×0．05 mm×2层，初／次级组间、次级组间及Ns8次级与外磁芯绝缘要求的聚酯薄膜为24 mm×0．05 mm×6层；
    (4)所有次级要一层绕完，初次级出线端头应伸出50 mm左右；
    (5)初级出线和次级出线分别绕中柱两边，Ns1～Ns4出线和Ns5～Ns8出线分别位于磁芯一边中的上下部位。
    图1所示为传统方法绕制的线包实物图。

2．2 PCB线圈绘制
线宽采用0．2 mm，线间距为0．3 mm；由于PQ40磁芯窗口宽度为11 mm，在预留足够绝缘空间的情况下PCB每层最多布置17匝线圈，这样每个次级绕组均需4层。如果全部初次级印制在同一块PCB板中，就有(4层×8+2层)34层，这样不仅成本太高，而且体现不出多层PCB板“薄”的优势，所以，PCB板采用单层双面聚四氟乙烯板，厚0．5 mm，且双面迭绕线圈，每组次级线圈均需两块PCB板。采用DXP2004软件绘制的PCB线圈图如图2所示。限于篇幅，图2中只示出Ns1中一块PCB板的正背面。