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高频高压变压器等效电路模型参数提取方法研究

文章来源:甘肃快三信息中心编辑室   时间:2019-5-27 10:21:00 访问数:

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高频高压变压器作为高压开关电源中实现电压变换和能量传输的重要器件,广泛应用于工业和国防领域,明确其等效电路模型中的各参数值,对于开关电源的设计和分析都有重要意义。对于工作在高频下的变压器,其漏感和分布电容等参数对其工作状态影响明显,因此需要更加精确的变压器等效电路模型。然而,更为精确的电路模型中必然含有更多的动态元件(电感或电容),而一般的电桥或阻抗测试仪只能解析二阶电路,采用工程上常用的某级短路测得另一级漏感,某级开路测得另一级自感方法测量时,将高阶电路强行用二阶电路拟合,所得变压器模型精确性不高。

这里提出了一种通过初次级绕组不同状态下的谐振点来提取变压器等效电路中各参数的方法,测量结果更为精确。

1  变压器等效电路模型拓扑结构及阻抗特性

本研究所针对某U型高频高压变压器如图1所示,初级40匝,次级4500匝,由于初次级绕组不在同一骨架上,初次级间分布电容C12很小,可以忽略。

采用安捷伦4294A阻抗分析仪测量初级开路、短路,次级开路、短路时另一级的幅频特性曲线,结果如图2所示。

高频高压变压器等效电路模型参数提取方法研究

2  基于阻抗曲线谐振点提取模型参数

通过列写KCLKVL方程,求解初次级不同状态下的阻抗Z,令Z表达式分子等于零,可得串联谐振方程,令Z表达式分母等于零,可得并联谐振方程,求解结果如表1所示。

高频高压变压器等效电路模型参数提取方法研究

通过联立以上不同状态下的6个谐振方程,代入测得的谐振频率,可求解得到Ls1Lm1Ls2Lm2C1C26个未知参数。初次级电阻R1R2可通过数字多用表直接测量得到,变比N=N2/N1。最终计算得到该变压器等效电路模型中各个参数:Ls1=188.97 μHLm1=522.38 μHC1=7.90 pFLs2=0.945 HLm2=5.94 HC2=7.32 pF。通过计算可以得到,初级电感L1=711.35 μH,次级电感L2=6.88 H,互感M=55.69 mH,耦合系数K=0.769

3  模型的验证

通过阻抗特性曲线及次级输出电压波形两个方面对模型进行了验证。

如图3所示,在100 kHz以内,实测与仿真阻抗特性曲线都有较高的吻合度。

将该变压器的反激电路,仿真及实验结果对比如图4所示,变压器次级输出电压波形仿真与实测结果基本完全吻合。

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