變壓器中的分布電容與屏蔽

實(shí)際電路都是由非理想元件組成的，在設(shè)計(jì)中可能會(huì)遇到許多預(yù)料不到的情況。在調(diào)試如圖1所示的普通全橋電源時(shí)，輸出不是料想中平穩(wěn)的波形，而是不時(shí)發(fā)生間歇振蕩，并發(fā)出“吱吱”聲，有時(shí)甚至?xí)龤ч_關(guān)管。對(duì)電路進(jìn)行分析后未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上可能導(dǎo)致不穩(wěn)定的因素，于是改變輸出采樣的電壓比，將輸出調(diào)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(jìn)行調(diào)試。待電路工作正常后，再緩慢升高輸入直流電壓，經(jīng)過多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)Ui為180～250V時(shí)就可能引發(fā)振蕩，最后判定是驅(qū)動(dòng)變壓器各個(gè)繞組之間的分布電容在搗亂。
　　兩只開關(guān)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(dāng)驅(qū)動(dòng)變壓器的繞組NA輸出正脈沖時(shí)NB輸出負(fù)脈沖，TA管由截止轉(zhuǎn)為飽和導(dǎo)通，于是TA管的源極即M點(diǎn)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(shù)值與兩個(gè)繞組的分布電容C1、C2、C3有關(guān)，還和P點(diǎn)到地的高頻阻抗以及M點(diǎn)電位上升的速度有關(guān)。如果提升的數(shù)值大于NB繞組自身的負(fù)脈沖幅度，就會(huì)引發(fā)TB管的瞬時(shí)導(dǎo)通，從而出現(xiàn)前面所述的間歇振蕩。其他各管導(dǎo)通時(shí)也會(huì)有類似情況發(fā)生。
　　解決電磁干擾一般有三種途徑，一是降低干擾源的強(qiáng)度，二是增強(qiáng)被驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)加上負(fù)壓，可以大大增強(qiáng)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(qū)動(dòng)變壓器的各繞組間加繞屏蔽層，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，共5個(gè)繞組和5個(gè)屏蔽層。整個(gè)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(gè)下管驅(qū)動(dòng)繞組由于電位變化不大，同時(shí)與N2連接，實(shí)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(gè)繞組都和它的屏蔽層同電位，它們之間不會(huì)有容性電流。當(dāng)上管TA導(dǎo)通、上管繞組NA的電位跳升時(shí)，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(gè)跳變將在這兩個(gè)屏蔽層中間產(chǎn)生電流，但對(duì)管子的驅(qū)動(dòng)沒有影響，只是會(huì)耗損一點(diǎn)主功率。在實(shí)際電路中采用了加電磁屏蔽的驅(qū)動(dòng)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(gè)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(shí)際上C6、C7分別是包含了圖2中C4、C1后的等效電容)。當(dāng)NA輸出正脈沖的上升沿時(shí)，TA迅速導(dǎo)通，M點(diǎn)電位跳升，于是C6、C7中要有容性電流產(chǎn)生。M是低阻抗點(diǎn)，電流iC7對(duì)它的電位影響不大，但N點(diǎn)卻是高阻抗點(diǎn)，iC6電流將瞬間降低它的電位，可能使TA管瞬間關(guān)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(duì)于分布電容引起的截止管誤導(dǎo)通，可以采取設(shè)置負(fù)壓驅(qū)動(dòng)和屏蔽隔離兩種辦法來解決。給變壓器增加屏蔽層會(huì)使驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，但不用對(duì)電路進(jìn)行修改，仍不失為一種實(shí)用有效的方法。