闭环DC-DC转换器网络分析中的注入变压器

摘要：电流变压器作为电压变压器使用，可替代作为测试配件出售的注入变压器，赢得更高的成本效益。

　　工程实验室通常配备有网络分析仪，但很少配备用于DC-DC转换器闭环分析的注入变压器。Agilent公司出售这种变压器，作为测试设备配件，但是价格昂贵。Ridley Engineering和Venable公司也出售注入变压器。这种注入变压器具有出色的性能指标，但是价格也很昂贵。注意，它们的作用仅仅是变压器。作为另外一种替代方案，你也可以将电流变压器作为电压变压器使用，获得一个更具成本效益的注入变压器。

　　设计变压器时，最难的参数是带宽。一方面，低频性能需要更大的磁芯和更多的匝数，这样会增大变压器的物理尺寸。另一方面，高频性能需要良好的耦合、小尺寸和最少的匝数。 幸好，电流变压器适合大多数应用场合。例如，Pulse Engineering公司的PE-51687在铁氧体磁芯上有一个100匝的初级绕组，没有次级绕组。

　　磁芯上有一个通孔，用户可以用标准导线自己绕制任意匝数的次级线圈。这条线同时也作为待测电路的一条连接线，并能根据次级线圈的匝数提供一定的驱动电平。 由于构建的是电压变压器，因此需要控制初级电压。假使变压器的初级电抗比网络分析仪源电抗高，则给初级并联一个50电阻，就可正确地端接网络分析仪的信号源。低频情况下，初级感抗必须大于从变压器看过去的戴维南(Thevenin)等效阻抗(25)。

　　PE-51687的初级电感为20mH，变压器可以工作的最低频率应满足： Xl=2*3.1416*Freq*Lprim。

　　对上式变形可以得到：Freq = 25/(6.28*20mH) = 200Hz 200Hz的低频截止频率适用于小信号，但是如果电压较大，超过了磁芯的伏秒积指标，则会导致磁芯饱和。PE-51687的初级伏秒积指标为600V*ms (600ms，1V)。因此，驱动电压也会限制低端频率响应。

　　高频响应受限于初级线圈中的电容。例如，PE-51687的高频响应可达5MHz，并在超出该频率时出现一个峰(图1)。注意到这个峰幅度很高(+15dB)，但在次级并联22电阻可使其大幅度降低(图2)。多数情况下，通过限制网络分析仪的扫频上限可避开这个峰。

　　图1. PE-51687变压器的频率响应，次级线圈的匝数为8。

　　图2. PE-51687变压器的频率响应，次级并联22电阻。

　　图1和图2 (还有后面的图5)所示的频响图是在网络分析仪的信号源以0dBm驱动下，利用分析仪的50输入和一个X10 (-20dB)倍的FET探头测得的，测试装置如图3所示。试验所用的变压器有8匝Teflon绝缘的24AWG线(由于Teflon绝缘层可以经受焊接时的高温，适合用来进行电路连接，用其它导线也是可以的)。由于匝数比为100:8，该变压器有-21.9dB的插入损耗。因此，测量值(-42dBm)中包括了FET探头的损耗。

　　图3. 注入变压器用于环路增益测量。