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高頻高壓變壓器等效電路模型參數提取方法研究

文章來源:科技信息中心編輯室   時間:2019-05-27 訪問數:

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高頻高壓變壓器作為高壓開關電源中實現電壓變換和能量傳輸的重要器件,廣泛應用于工業和國防領域,明確其等效電路模型中的各參數值,對于開關電源的設計和分析都有重要意義。對于工作在高頻下的變壓器,其漏感和分布電容等參數對其工作狀態影響明顯,因此需要更加精確的變壓器等效電路模型。然而,更為精確的電路模型中必然含有更多的動態元件(電感或電容),而一般的電橋或阻抗測試儀只能解析二階電路,采用工程上常用的某級短路測得另一級漏感,某級開路測得另一級自感方法測量時,將高階電路強行用二階電路擬合,所得變壓器模型精確性不高。

這里提出了一種通過初次級繞組不同狀態下的諧振點來提取變壓器等效電路中各參數的方法,測量結果更為精確。

1  變壓器等效電路模型拓撲結構及阻抗特性

本研究所針對某U型高頻高壓變壓器如圖1所示,初級40匝,次級4500匝,由于初次級繞組不在同一骨架上,初次級間分布電容C12很小,可以忽略。

采用安捷倫4294A阻抗分析儀測量初級開路、短路,次級開路、短路時另一級的幅頻特性曲線,結果如圖2所示。

高頻高壓變壓器等效電路模型參數提取方法研究

2  基于阻抗曲線諧振點提取模型參數

通過列寫KCLKVL方程,求解初次級不同狀態下的阻抗Z,令Z表達式分子等于零,可得串聯諧振方程,令Z表達式分母等于零,可得并聯諧振方程,求解結果如表1所示。

高頻高壓變壓器等效電路模型參數提取方法研究

通過聯立以上不同狀態下的6個諧振方程,代入測得的諧振頻率,可求解得到Ls1、Lm1、Ls2、Lm2、C1、C26個未知參數。初次級電阻R1R2可通過數字多用表直接測量得到,變比N=N2/N1。最終計算得到該變壓器等效電路模型中各個參數:Ls1=188.97 μH,Lm1=522.38 μH,C1=7.90 pF,Ls2=0.945 H,Lm2=5.94 H,C2=7.32 pF。通過計算可以得到,初級電感L1=711.35 μH,次級電感L2=6.88 H,互感M=55.69 mH,耦合系數K=0.769。

3  模型的驗證

通過阻抗特性曲線及次級輸出電壓波形兩個方面對模型進行了驗證。

如圖3所示,在100 kHz以內,實測與仿真阻抗特性曲線都有較高的吻合度。

將該變壓器的反激電路,仿真及實驗結果對比如圖4所示,變壓器次級輸出電壓波形仿真與實測結果基本完全吻合。

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