变压器中的分布电容与屏蔽

摘 要 ： 由一个全桥电源的振荡问题，分析了脉冲驱动变压器中各绕组间的分布电容及其作用，并通过引入适当的屏蔽层，解决了问题。
叙 词 ： 驱动变压器 分布电容 屏蔽

1 问题的提起

调制一台图1所示的普通全桥电源，输出不时发生间歇振荡，发出“吱吱”声，甚至烧毁开关管。一开始认为是反馈补偿没调好引起的振荡，于是反复调整补偿网络，甚至画出整个电路的结构图，并写出各部分的传递函数，用自动控制的波特图来仔细分析，也没发现系统不稳定的理由。硬着头皮继续调，反而又烧毁几只管子。不得已，改变输出采样的电压比，把输出调定在半电压24V上，这样就可以在较低的输入直流电压（90V）下工作，在保证功率管安全的条件下调试。电压降低后，工作正常，各处波形也正常。再缓慢升高输入直流电压，直到210V时又出现振荡。多次试验，发现当Ui=180-250V时就可能引发振荡，再高的电压没敢试。此时已可基本肯定，振荡与环路无关，唯一的可能就是驱动变压器了，是它的各个绕组之间的分布电容在起作用。

2 分布电容的作用

左侧两只管子的电容分布如图2所示，其中C2是绕组的下端M与的上端P间的分布电容。当驱动变压器的绕组输出正脉冲时输出负脉冲，管由截止转为饱和导通，于是管的源极即M点的电位急速升高，并通过电容C2提升绕组上端P的电位，升高数值与两个绕组的分布电容C1、C2、C3有关，还和P点到地的高频阻抗以及M点电位上升的速度有关。如果提升的数值大于绕组自身的负脉冲幅度，就会引发管的瞬时导通，这就是调试中误以为的间歇振荡。其它各管导通时也有类似情况发生。

3 解决方法

解决电磁干扰一般有三种途径，一是降低干扰源的强度，二是增强被驱动的MOS管的抗干扰能力，三是阻隔干扰的通路。在本例中，干扰源就是变压器要传递的脉冲，这是无法降低的。给驱动加上负压，可以大大增中MOS管的抗干扰能力，许多电源设计师都是如此处理，这里不详述。本例采用第三种方法，在驱动变压器的各绕组加绕屏蔽层，其结构如图3所示，共5个绕组和5个屏蔽层。整个变压器包括屏蔽层从左向右逐层绕制，N1接到控制回路的地；两个下管驱动绕组由于电位变化不大，同时与N2连接，实际上是接到了功率地；N3和N4将上管绕组包了起来，并与的异名端相接；N5将绕组ND与隔离。这样每个绕组都和它的屏蔽层同电位，它们之间不会有容性电流。当上管导通、上管绕组的电位跳升时，屏蔽层N3和N4的电位也要同样跳变，由于N2和N3之间的分布电容，这个跳变将在这两个屏蔽层中间产生电流，但它对管子的驱动毫无影响，只是耗损一点主功率。
需要特别提出的是，屏蔽的作用是将各个绕组隔离开，以避免分布电容的不良影响。因此屏蔽层接到什么地方，是需要慎重考虑的，有时甚至是至关重要的。如果图3中的N3、N4不与相接，而是与N2一起接到功率地，则电容分布如图4所示，C6、C7分别表示绕组的上下端与屏蔽层N3间、也就是功率地间的分布电容（实际上C6、C7分别是包含了图2中C4、C1后的等效电容）。当输出正脉冲的上升沿时，迅速导通，M点电位跳升，于是C6、C7中要有容性电流产生。M是较低阻抗点，电流对它的电位影响不大，但N点却是高阻抗点，电流将瞬间降低它的电位，可能使管瞬间关断。因此这种连接是不允许的。屏蔽层N3、N4如改与的同名端相接，不一定会有太大的害处，但也不太好，这里就不具体分析了。

4 结论
在PWM脉冲的跳变沿，驱动变压器各绕组通过分布电容互相影响，可能引起截止管的误导通。有两个有效的克服方法，设置负压驱动和屏蔽隔离。它们的优缺点恰好相反，前者的缺点是电路相应复杂，并且要求驱动功率较强，后者的缺点是驱动变压器的设计较为麻烦。如果分布电容的影响较为强烈，仅采取负压驱动还不够理想，可以考虑给变压器增加屏蔽层这种有效方法，而无需对电路进行修改。