變壓器中的分布電容與屏蔽(圖)

　　實(shí)際電路都是由非理想元件組成的，在設計中可能會(huì )遇到許多預料不到的情況。在調試如圖1所示的普通全橋電源時(shí)，輸出不是料想中平穩的波形，而是不時(shí)發(fā)生間歇振蕩，并發(fā)出“吱吱”聲，有時(shí)甚至會(huì )燒毀開(kāi)關(guān)管。對電路進(jìn)行分析后未發(fā)現結構上可能導致不穩定的因素，于是改變輸出采樣的電壓比，將輸出調定在半電壓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)行調試。待電路工作正常后，再緩慢升高輸入直流電壓，經(jīng)過(guò)多次試驗，發(fā)現當ui為180～250v時(shí)就可能引發(fā)振蕩，最后判定是驅動(dòng)變壓器各個(gè)繞組之間的分布電容在搗亂。
　　兩只開(kāi)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。當驅動(dòng)變壓器的繞組na輸出正脈沖時(shí)nb輸出負脈沖，ta管由截止轉為飽和導通，于是ta管的源極即m點(diǎn)的電位急速升高，并通過(guò)電容c2提升nb繞組上端p的電位，升高的數值與兩個(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)。如果提升的數值大于nb繞組自身的負脈沖幅度，就會(huì )引發(fā)tb管的瞬時(shí)導通，從而出現前面所述的間歇振蕩。其他各管導通時(shí)也會(huì )有類(lèi)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度，二是增強被驅動(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(wú)法降低的。給驅動(dòng)加上負壓，可以大大增強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，即在驅動(dòng)變壓器的各繞組間加繞屏蔽層，其結構如圖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(lái)，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。當上管ta導通、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，但對管子的驅動(dòng)沒(méi)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動(dòng)變壓器之后，問(wèn)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(kāi)，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na輸出正脈沖的上升沿時(shí)，ta迅速導通，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。
　　對于分布電容引起的截止管誤導通，可以采取設置負壓驅動(dòng)和屏蔽隔離兩種辦法來(lái)解決。給變壓器增加屏蔽層會(huì )使驅動(dòng)變壓器的設計變得復雜，但不用對電路進(jìn)行修改，仍不失為一種實(shí)用有效的方法。