一種高壓正弦波變頻逆變電源

3 電路設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

3．1 高壓高頻變壓器的設(shè)計(jì)

普通的開(kāi)關(guān)電源輸入輸出都是低壓，輸入輸出大都在幾百伏以內(nèi)，因此，普通高頻變壓器的原副邊設(shè)計(jì)區(qū)別不大，比較好處理。但高壓高頻變壓器設(shè)計(jì)起來(lái)比較困難，它有兩個(gè)特點(diǎn)：

1）絕緣問(wèn)題不好處理，體積越小，對(duì)絕緣材料的要求越高；

2）副邊匝數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(duì)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(guò)程。

因此，對(duì)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(gè)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(jiàn)，對(duì)同樣幅值的輸入電壓，頻率由小到大變化時(shí)，其輸出響應(yīng)先變大，到某一個(gè)最高點(diǎn)后，再逐漸變小。這意味著主電路的增益在頻率變化時(shí)會(huì)劇烈變化，給控制電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)不便。由相頻特性可見(jiàn)變壓器相當(dāng)于一個(gè)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(shí)際測(cè)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(duì)應(yīng)的諧振開(kāi)關(guān)頻率fo=2.5kHz，品質(zhì)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(guò)壓。而過(guò)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(huì)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(guò)程中，應(yīng)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(yīng)用高密度絕緣材料等辦法解決該問(wèn)題。