一种变压器寄生电容的实验测量方法

摘要

本发明公开了一种变压器寄生电容的实验测量方法，包括：根据变压器寄生电容等效模型，将所有分布电容等效成一个连接在变压器一次绕组两端的寄生电容Cw；构建测量变压器寄生电容电路，包括依次连接的逆变半桥、谐振网络和整流滤波电路；采集励磁电感的电流、开关管Q2的驱动电压、开关管Q2的漏源电压以及输出电压的波形，读取波形的死区时间、死区时间段励磁电流值和死区时间段输出电压值；根据开关管输出电容的C‑V曲线，将输出电容从0积分到输入电压；采用电荷守恒公式计算出变压器寄生电容的值，至此完成变压器寄生电容的实验测量。此方法解决了传统方法计算复杂、误差较大和适用范围小的问题，可以用于测量各种类型的变压器。

权利要求

1.一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据已有变压器寄生电容等效模型，将所有分布电容等效成一个连接在变压器一次绕组两端的寄生电容Cw；

2)构建测量变压器寄生电容电路，为一个LLC半桥谐振电路，包括依次连接的逆变半桥、谐振网络和整流滤波电路；

逆变半桥包括与输入电源相并联的两个开关管Q1和Q2；

谐振网络包括与开关管Q1和Q2相连的谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器，以及并联在变压器一次绕组两端的励磁电感Lm和寄生电容Cw；

整流滤波电路包括整流桥D、滤波电容Co和负载Ro；

3)采集励磁电感Lm的励磁电流im、开关管Q2的驱动电压Vgs_Q2、开关管Q2的漏源电压Vds_Q2以及负载Ro上的输出电压Vo的波形，读取所述波形的死区时间Td、死区时间段励磁电流Im的值和死区时间段输出电压Vo的值；

4)根据开关管Q1和Q2器件手册中输出电容Cp的C-V曲线，将输出电容Cp从0积分到输入电压Vin；

5)采用电荷守恒公式计算出变压器寄生电容Cw的值，至此完成变压器寄生电容Cw的实验测量。

2.根据权利要求1所述的一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，与所述输入电源相并联的开关管Q1的漏端接输入电源的正极，源端接开关管Q2的漏端；开关管Q2的源端接输入电源的负极；两个开关管Q1和Q2的源端和漏端上并联有寄生二极管和输出电容Cp。

3.根据权利要求1所述的一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，所述谐振电感Lr与开关管Q1的源端和开关管Q2的漏端连接，或与开关管Q2的源端相连。

4.根据权利要求1所述的一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，所述谐振电容Cr与开关管Q1的源端和开关管Q2的漏端连接，或与开关管Q2的源端相连。

5.根据权利要求1所述的一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，所述励磁电感Lm两端分别接在谐振电感Lr与谐振电容Cr上。

6.根据权利要求1所述的一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，所述整流桥D连接在变压器二次绕组两端，滤波电容Co连接在整流桥D输出端，负载Ro并联在滤波电容Co两端。

7.根据权利要求1所述的一种变压器寄生电容的实验测量方法，其特征在于，所述步骤

5)中，电荷守恒公式如下：

其中，N为变压器变比，Td为死区时间。

说明书

一种变压器寄生电容的实验测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种变压器寄生电容的实验测量方法。

背景技术

[0002] 目前，功率变换器正朝着高开关频率、高效率和高功率密度的方向发展。高功率密度变换器在消费电子、汽车行业、通信行业、航空航天和军事工业等领域的应用越来越广泛。为设计和制造高功率密度变换器，变压器体积的优化则显得至关重要。平面变压器具有高度低、体积小、漏感小、一致性和散热性好等优点，逐渐在高频场合取代了传统的变压器。平面变压器种类较多，其中，采用PCB绕组的平面变压器依靠其成本低廉、结构稳固、制作方便等优点而得到广泛应用。平面变压器的寄生电容是开关电源设计中一个不可回避的问题，这是由于PCB绕组中大面积的叠层会加剧平面变压器的电容效应，会严重影响变换器的工作性能。初级绕组和次级绕组之间的寄生电容为共模噪声提供了低阻抗路径，从而导致严重的EMI问题。并且，寄生电容的储能特性使变压器输入电流增加，导致变换器效率降低、二次侧整流装置电压应力高等问题。因此，在设计变换器的过程中必须考虑变压器寄生电容的影响，如何量化变压器的寄生电容渐渐成为研究的重点。

[0003] 目前量化变压器寄生电容的方法主要有建模计算法、仪器测量法和实验测量法三种。建模计算法是将变压器的模型建立出来然后计算求解，但是这种方法的建模和求解过程比较复杂，并且有些变压器难以精确建模，因此这种方法的应用范围受限。仪器测量法是利用阻抗分析仪、网络分析仪等精密仪器来测量变压器的寄生电容。然而，如果一次绕组和二次绕组的耦合较差，这种测量方法会带来很大的误差。实验测量法，即搭接一个电路通过简单的电压和电流测量提取出变压器的寄生电容，可以在不知道变压器内部结构和详细尺寸的情况下进行测量。目前，实验测量变压器寄生电容的方法很少，因此，急需一种可以通过实验测量变压器寄生电容的方法。

发明内容

[0004] 为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种通过实验测量变压器寄生电容的方法，对实验电路中电压和电流信号进行采集，然后通过简单的计算即可得出变压器的寄生电容，解决了传统方法计算复杂、误差较大和适用范围小的问题，可以用于测量各种类型的变压器。

[0005] 本发明是通过下述技术方案来实现的。

[0006] 一种变压器寄生电容的实验测量方法，包括以下步骤：

[0007] 1)根据已有变压器寄生电容等效模型，将所有分布电容等效成一个连接在变压器一次绕组两端的寄生电容Cw；

[0008] 2)构建测量变压器寄生电容电路，为一个LLC半桥谐振电路，包括依次连接的逆变半桥、谐振网络和整流滤波电路；

[0009] 所述逆变半桥包括与输入电源相并联的两个开关管Q1和Q2；

[0010] 所述谐振网络包括与开关管Q1和Q2相连的谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器，以及并联在变压器一次绕组两端的励磁电感Lm和型寄生电容Cw；

[0011] 所述整流滤波电路包括整流桥D、滤波电容Co和负载Ro；

[0012] 3)采集励磁电感Lm的励磁电流im、开关管Q2的驱动电压Vgs_Q2、开关管Q2的漏源电压Vds_Q2以及负载Ro上的输出电压Vo的波形，读取所述波形的死区时间Td、死区时间段励磁电流Im的值和死区时间段输出电压Vo的值；

[0013] 4)根据开关管Q1和Q2器件手册中输出电容Cp的C-V曲线，将输出电容Cp从0积分到输入电压Vin；

[0014] 5)采用电荷守恒公式计算出变压器寄生电容Cw的值，至此完成变压器寄生电容的实验测量。

[0015] 对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

[0016] 进一步，与所述输入电源相并联的开关管Q1的漏端接输入电源的正极，源端接开关管Q2的漏端；开关管Q2的源端接输入电源的负极；两个开关管Q1和Q2的源端和漏端上并联有寄生二极管和输出电容Cp。

[0017] 进一步，所述谐振电感Lr与开关管Q1的源端和开关管Q2的漏端连接，或与开关管Q2的源端相连。

[0018] 进一步，所述谐振电容Cr与开关管Q1的源端和开关管Q2的漏端连接，或与开关管Q2的源端相连。

[0019] 进一步，所述励磁电感Lm两端分别接在谐振电感Lr与谐振电容Cr上。

[0020] 进一步，所述整流桥D连接在变压器二次绕组两端，滤波电容Co连接在整流桥D输出端，负载Ro并联在滤波电容Co两端。

[0021] 进一步，所述步骤5)中，电荷守恒公式如下：

[0022]

[0023] 其中，N为变压器变比，Td为死区时间，Td＝t3-t2。

[0024] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

[0025] 1.只需搭接一个电路即可对变压器寄生电容进行测量，没有复杂的计算过程，简单易行；

[0026] 2.无需知道变压器的内部结构和详细尺寸即可进行测量，灵活方便；

[0027] 3.无需考虑一次绕组和二次绕组的耦合程度和漏感的大小，适用范围广。

附图说明

[0028] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

[0029] 图1为变压器寄生电容的等效模型图；

[0030] 图2为测量变压器寄生电容的电路图；

[0031] 图3为测量电路工作在谐振点时的波形。

具体实施方式

[0032] 下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

[0033] 本发明变压器寄生电容的实验测量方法，包括以下步骤：

[0034] 1)根据已有变压器寄生电容等效模型，将所有分布电容等效成一个连接在变压器一次绕组两端的寄生电容Cw。

[0035] 图1是本发明的变压器寄生电容的等效模型图。该模型将变压器的所有分布电容等效成一个连接在一次绕组两端的寄生电容Cw，可以将其储能特性充分体现出来。

[0036] 2)构建测量变压器寄生电容电路，图2是测量变压器寄生电容的电路图，本质上是一个LLC半桥谐振电路，包括依次连接的逆变半桥、谐振网络和整流滤波电路。

[0037] 逆变半桥由两个开关管Q1和Q2构成。其中，开关管Q1的漏端接输入电源的正极，源端接开关管Q2的漏端；开关管Q2的源端接输入电源的负极；两个开关管Q1和Q2的源端和漏端上并联有寄生二极管和输出电容Cp。

[0038] 谐振网络由谐振电感Lr，谐振电容Cr和变压器的励磁电感Lm构成。谐振电感Lr与开关管Q1的源端和开关管Q2的漏端连接，或与开关管Q2的源端相连。谐振电容Cr与开关管Q1的源端和开关管Q2的漏端连接，或与开关管Q2的源端相连。励磁电感Lm两端分别接在谐振电感Lr与谐振电容Cr上。寄生电容Cw并联在变压器一次绕组两端，变压器二次绕组接整流滤波电路的整流桥D，变压器变比为N。

[0039] 整流滤波电路由整流桥D和滤波电容Co和负载Ro组成。整流桥D连接在变压器二次绕组两端，滤波电容Co连接在整流桥D输出端，负载Ro并联在滤波电容Co两端。

[0040] 3)采集励磁电感Lm的励磁电流im、开关管Q2的驱动电压Vgs_Q2、开关管Q2的漏源电压Vds_Q2以及负载Ro上的输出电压Vo的波形，读取波形的死区(图3所示的t2～t3段，即开关管Q1与开关管Q2都关断)时间Td、死区时间段励磁电流Im的值和死区时间段输出电压Vo的值；

[0041] 图3是测量电路工作在谐振点时的波形。Vgs_Q1是开关管Q1的驱动电压波形，Vgs_Q2是开关管Q2的驱动电压波形，Vds_Q1是开关管Q1的漏源电压波形，Vds_Q2是开关管Q2的漏源电压波形，Vcw是变压器寄生电容Cw两端的电压波形，im是励磁电流波形。在t2时刻，开关管Q1关断，在t3时刻，开关管Q2开通。死区时间Td＝t3-t2。死区时间段励磁电流值Im和输出电压值Vo近似恒定，可以直接从波形上读取。

[0042] 4)根据开关管Q1和Q2器件手册中输出电容Cp的C-V曲线，将输出电容Cp从0积分到输入电压Vin；

[0043] 5)采用电荷守恒公式计算出变压器寄生电容Cw的值，至此完成变压器寄生电容的实验测量。

[0044] 图3是测量电路工作在谐振点时的波形。在t2-t3时间段内，励磁电流im近似是一条水平的直线，对开关管Q1输出电容Cp、开关管Q2的输出电容Cp以及变压器的寄生电容Cw进行充电，开关管Q1漏源电压Vds_Q1从0增加到输入电压Vin,开关管Q2漏源电压Vds_Q2从输入电压Vin减小到0，变压器寄生电容Cw两端的电压Vcw从NVo变为-NVo。

[0045] 可以用以下电荷守恒公式表达上述过程：

[0046]

[0047] 其中，Im为t2～t3时间段励磁电流值，Vin是输入电压，Cp为开关管Q1和Q2的输出电容，其值随漏源电压Vds的变化而变化。Cw是变压器寄生电容，N是变压器变比，Vo是t2～t3时间段负载Ro上输出电压值；Td为死区时间，可以表示如下：

[0048] Td＝t3-t2。

[0049] 本发明具体实施方式中的变压器寄生电容的实验测量方法，解决了传统方法计算复杂、误差较大和适用范围小的问题，无需知道变压器的内部结构和详细尺寸，无需考虑一次绕组和二次绕组的耦合程度和漏感的大小，只需搭接一个电路即可对变压器寄生电容进行测量，简单易行，适用范围广。

[0050] 本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。