[發明專利]一種平面變壓器PCB繞組寄生電容等效計算方法

有效

• 申請號: 201710270652.0
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107273563B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 錢欽松;張樂;劉琦;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/327
• 分類號: G06F30/327;G06F30/398;G06F115/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種平面變壓器PCB繞組寄生電容等效計算方法，通過對平面變壓器PCB繞組的建模和分析，模擬PCB繞組寄生電容的分布情況，通過計算存在寄生電容的各相鄰兩層之間寄生電容存儲能量的大小并進行疊加，利用能量和寄生電容之間的關系以及能量守恒定律，對PCB繞組整體的寄生電容進行計算,然后將其等效為三個部分的電容的計算，即原邊繞組同名端與副邊繞組同名端之間的電容C₁、原邊繞組同名端與副邊繞組異名端之間的電容C₂以及原邊繞組異名端與副邊繞組同名端之間的電容C₃。

技術領域

本發明涉及PCB型平面變壓器，尤其是一種平面變壓器PCB繞組寄生電容等效計算方法，可應用于平面變壓器寄生參數分析以及電磁兼容領域中EMI傳導模型的建立。

背景技術

平面變壓器具有高度低、體積小、一致性好、便于批量生產、漏感小、散熱性好、電磁兼容性能好等優點，是目前應用較為廣泛的新型變壓器。平面變壓器有多種，其中PCB平面變壓器由于其成本低廉、結構穩固、制作方便等優點而得到最為廣泛的應用。其結構比較簡單，將各層繞組的過孔焊接即可。平面變壓器的寄生電容是開關電源設計中的一個不可回避的實際問題，往往會使開關電源的工作狀態偏離設計結果，甚至嚴重影響電源的技術指標。從而在開關電源的設計過程中必須考慮到這些寄生電容的影響。因此，采用何種方法來計算平面變壓器PCB繞組寄生電容的大小就顯得尤為重要。

平面變壓器按設計制作工藝的不同，可分為印刷電路(PCB)型，厚膜型、薄膜型、亞微米型4種。其中PCB型平面變壓器主要由平面磁芯、PCB繞組和絕緣層三部分組成。平面變壓器要求磁芯、繞組是平面結構，所以應該采用多層PCB繞組，一般在八層到十層，多的接近二十層。在PCB型平面變壓器中，PCB繞組是做在印制電路板上的圓形扁平傳導導線或是直接用銅泊，各層繞組間距小并且存在較大的正對面積，使得寄生電容不可避免的存在。可以認為PCB型平面變壓器的寄生電容主要存在于PCB繞組之間。該寄生電容會使開關電源的工作狀態偏離設計結果，甚至嚴重影響電源的技術指標。寄生電容的影響不可消除，但我們可以進行估算，從而在開關電源的設計過程中考慮到這些寄生電容的影響。

平面變壓器PCB繞組分為兩部分，原邊繞組(P)和副邊繞組(S)。原邊繞組采用串聯方式來增加匝數；為了增加繞組的載流能力，副邊繞組一般采用并聯結構。平面變壓器原邊繞組一般都是單匝形式或者都是多匝形式，并且采用串聯形式；副邊側繞組都為單匝形式，并且采用并聯結構。PCB型平面變壓器的繞組結構存在多種方式，可以分為簡單結構、三明治結構和交錯結構。三種繞組形式雖然結構不同，都不可避免地會產生寄生電容。簡單結構寄生電容較小；交錯結構寄生電容很大；三明治結構的寄生電容大小介于二者之間。在計算寄生電容的大小時，非相鄰兩層繞組電容相比于相鄰兩層繞組間電容小得多，可以忽略不計；單層繞組自身雖然也存在電容，但一般平面變壓器各層繞組很薄，可以忽略不計；副邊繞組采用并聯結構，當相鄰兩層繞組都為副邊繞組時，不存在電勢差，可以認為其寄生電容為零。

任何金屬件之間都有電容存在，現有平面變壓器PCB繞組寄生電容計算方法是，將每層繞組視作一個等勢面，即繞組上沒有壓降，利用靜態電容公式C＝Q/U來計算繞組之間的電容大小。但在變壓器中，同一繞組線匝之間、不同繞組之間、繞組對屏蔽層之間、沿著某一線長度之間的電位是變化的，這樣形成的電容不同于靜電容，稱為分布電容。因此不能用計算靜電容的方法直接計算分布電容。本發明提出一種更加精確的、適應性強的平面變壓器PCB繞組寄生電容計算方法來解決現有難題。

發明內容

本發明針對現有平面變壓器寄生電容計算方法的不適用性，提供一種平面變壓器PCB繞組寄生電容等效計算方法，該方法計算快速、準確，適應性強，具有較高實際應用價值。