反激拓扑6—反激变压器之漏感

原创 Monster电子技术 2024-05-21 11:30

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在我们常用的反激变压器中，主要的寄生参数是漏感和分布电容，对于两绕组的变压器等效电路如图所示。

其中，Lp表示原边漏感，Ls表示副边漏感，Cp和Cs分别表示原边和副边的分布电容，Cw表示原副边之间的寄生电容，Rp和Rs分别表示原副边绕组等效阻抗，Re表示与磁芯损耗等效的并联电阻。本节我们有限聊聊漏感。

漏感

（1）漏感的形成原因

变压器的漏感是初级（次级）线圈所产生的磁感线无法全部通过磁芯耦合到次级（初级）线圈，因此产生漏磁，该部分漏磁通过空气形成闭合磁感线，该部分漏磁形成的电感称为漏感。

漏感示意图

我们常用的变压器磁芯为铁氧体，其磁导率大约为空气磁导率的100倍左右，随着反激变换器的频率升高，铁氧体磁芯的磁导率会有所降低，漏磁现象会更为严重，如下是某款铁氧体磁芯磁导率与频率关系的示意图。

对反激变压器工作过程有影响的漏感，不仅仅包含初级不能耦合到次级的电感，还包括变压器次级绕组的漏感通过匝比折算到初级的漏感以及布线所产生的电感，所以总的漏感为

（2）漏感的计算和测量

我们可以通过经验值对漏感进行简单的估算，常规的反激变压器漏感是其绕组励磁电感的1%~5%左右，小编曾经看到过一个漏感的估算公式，从公式的因素相关性来看是可以的，准确性有待验证，大家可以作为参考。

控制漏感的主要因素是选择磁心中柱长的磁心。绕组越宽，漏感就越小。把绕组的匝数控制在最少程度，对减小漏感是有很大帮助的，因为匝数对漏感的影响是二次方关系。另外，一次二次耦合的好坏对一次漏感也有很大的影响。这点可以从把一次绕组分成两半，二次绕组夹在中间或交错在中间的绕法中看出来。

（3）变压器漏感对反激电源的影响

①漏感引起开关管尖峰电压

漏感实际上分布在变压器的整个线圈中，跟绕组是串联的关系，且漏感中存储的能量无法向副边传递，所以在开关管关断时刻会产生较大的电压尖峰，同时由于从变压器等效模型中可以看出，漏感串联在原边的开通回路中，当开关管开通时，由于电感电流无法突变，也会引起开关管电流前边沿斜率的变化。简化得示意图如下图所示。

在实际应用时，CCM模式中，因为次级持续有电流流过，初级励磁绕组两侧的电压Vp等于次级电压通过匝比折算到初级侧的电压，励磁绕组被次级钳位，不会参与初级侧的谐振过程，故在CCM模式下，开关管关断时刻，开关管的输出寄生电容Coss、变压器初级侧匝间电容Cp与初级侧漏感Llk发生谐振，该谐振的尖峰电压叠加在开关管的DS两端，谐振引起的电压尖峰大小为

谐振部分的频率为

因为漏感的能量无法传递至次级，该部分漏感会造成一定的损耗

故根据前几节对反激工作原理的分析，开关管两端承受的电压应力总和为

其中Cp表示变压器初级匝间寄生电容的总和（后续会专门进行讲解寄生电容）

关于CCM模式图示如下

在DCM模式下，开关管关断时和CCM模式的工作状态是一样的，所以谐振的原理和参数都是一致的，但是当次级电流为0后，由于初级侧的励磁电感不再被次级电压钳位，故初级绕组的励磁电感开始参与谐振过程，即下图中蓝色虚线圈内的震荡波形，这也是准谐振式反激可以应用的根本原因所在（准谐振反激后续有机会专题讲解）。

电流为0阶段的谐振波形频率为

②漏感影响多路输出电源的交叉调整率

负载调整率和电源调整率大家可能熟知，都是针对同一路输出而言，在多路输出的反激变换器中，有必要再介绍一下交叉调整率的定义。

交叉调整率：在某种电压等级输入下，某一路输出电压由于其他路负载变化而导致的最大电压变化量△Vn与其在额定工况下实际输出的电压Vn的百分比。

多路输出反激变换器如下图所示，其中Vo1为主输出（反馈调节），Vo2为副输出（无反馈调节）。Rs1、Rs2表示两个输出绕组以及走线的阻抗，Ls1、Ls2表示两个输出绕组的漏感。假设主输出Vo1负载电流突然增加，在此时刻，Rs1、Ls1以及二极管D1的压降增大，输出电压Vo1会存在一定程度的跌落，由于其是主反馈输出，为了维持输出电压Vo1不变，反馈环路会调节开关管的占空比，使变压器次级侧的输出电压增大，故而引起Vo2输出电压飘高，而且Vo2的负载越轻，飘高越严重。

详细过程为

Vo1负载加重→Rs1、Ls1和D1压降增加→Vo1减小→占空比增加，Vs1增加（维持Vo1不变）→Vs2增加→Vo2飘高

Vo1负载减小→Rs1、Ls1和D1压降减小→Vo1增大→占空比减小，Vs1减小（维持Vo1不变）→Vs2减小→Vo2降低