在LTspice/SwitcherCAD III中

引言

在許多開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中，變壓器是一種關(guān)鍵元件， 它們?cè)谖ｋU(xiǎn)的高功率系統(tǒng)中提供了一個(gè)隔離勢(shì)壘， 從而可在高電壓設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)非常高的降壓或升壓比， 并能夠通過增設(shè)一個(gè)繞組輕松地提供多個(gè)輸出或負(fù)輸出。反激式、正激式和 SEPIC型轉(zhuǎn)換器都運(yùn)用了變壓器。當(dāng)  在LTspice/SwitcherCAD III 仿真中增添變壓器的時(shí)候， 用戶需要了解些什么？本文將給出答案。

將每只繞組繪制成一個(gè)電感器

圖1示出了基本方法。簡單地把變壓器的每只繞組繪制成一個(gè)電感器， 并利用一個(gè)被稱為“K-statement” (例如：“K1  L1  L2  1”) 的SPICE指令來實(shí)現(xiàn)電感器的耦合。

為了增添該指令，需從“Edit” (編輯) 菜單中選擇“SPICE Directive”。這使得您能夠把正文置于 SPICE 網(wǎng)表所包含的原理圖上。 當(dāng)在一個(gè)K-statement中提及電感器，LTspice將采用一個(gè)電感器符號(hào)和一個(gè)可視相點(diǎn)來指示每只繞組的相位調(diào)整。

變壓器匝數(shù)比的設(shè)定簡單地說就是選擇正確的電感器數(shù)值。請(qǐng)牢記：電感值與匝數(shù)比的平方成比例，在上例中，1 : 3的匝數(shù)比將產(chǎn)生一個(gè)1 : 9的電感值比。

K-statement的最后一項(xiàng)是互耦系數(shù)。它的數(shù)值范圍為0 ~ 1，其中，1表示電感器之間實(shí)現(xiàn)了理想的耦合 (即：沒有漏電感) 。在實(shí)際電路中，通常不希望存在漏電感。例如：在那些用于儲(chǔ)存能量的變壓器 (比如：反激式轉(zhuǎn)換器) 中，漏電感將阻止副端轉(zhuǎn)移主端所儲(chǔ)存的全部能量。而在“非儲(chǔ)能型”變壓器中，副端使磁芯與主端電流隔絕的優(yōu)良度會(huì)受到漏電感的阻抗的制約， 因而對(duì)能夠通過變壓器轉(zhuǎn)換多少能量設(shè)定了一個(gè)硬性限值。 無論哪種場合，漏電感都會(huì)引起干擾電壓尖峰或振鈴，從而導(dǎo)致需要采用吸振電路， 能耗也將隨之而增加。稍后我們將再度討論漏電感，不過，對(duì)于初始仿真而言，忽略漏電感 (通過把互耦系數(shù)設(shè)定為1)  會(huì)使工作變得容易，而且往往可以滿足要求。

多個(gè)副端

當(dāng)您的變壓器所擁有的主端和副端均不止一個(gè)時(shí)， 您將不得不確定所有的互感都已被計(jì)算在內(nèi)。假設(shè)一個(gè)具有4個(gè)繞組的變壓器；L1、L2、L3和L4。對(duì)于這樣一個(gè)四繞組變壓器， 一種常見的錯(cuò)誤是只增加三個(gè)互耦和三個(gè)單獨(dú)的K-statement，即：
K1 L1 L2 1
K2 L2 L3 1
K3 L3 L4 1

LTspice將告訴您：這種變壓器是不存在的，因?yàn)椤癓1完全耦合至L2、L2完全耦合至L3、而L1和L3之間沒有少量耦合”這樣的情況是不可能出現(xiàn)的。誠然，下面這種情況是可能的，即：兩個(gè)電感器彼此之間雖沒有互感、但卻具有至第三個(gè)電感器的少許耦合。然而，它們至這第三個(gè)電感器的耦合的優(yōu)良度是受到限制的。LTspice將分析互耦系數(shù)矩陣，并確定您的耦合系數(shù)是否確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)。

具有4個(gè)繞組的變壓器通常具有 6 個(gè)非零互感：
K1 L1 L2 1
K2 L1 L3 1
K3 L1 L4 1
K4 L2 L3 1
K5 L2 L4 1
K6 L3 L4 1

一般而言，具有 N 個(gè)繞組的變壓器的互感值為N