一种高压正弦波变频逆变电源

3 电路设计中的几个关键问题

3．1 高压高频变压器的设计

普通的开关电源输入输出都是低压，输入输出大都在几百伏以内，因此，普通高频变压器的原副边设计区别不大，比较好处理。但高压高频变压器设计起来比较困难，它有两个特点：

1）绝缘问题不好处理，体积越小，对绝缘材料的要求越高；

2）副边匝数要远远高于原边匝数，造成高压高频变压器的副边分布参数对电路的影响很大，特别是在高频情况下，变压器副边漏感和杂散电容将极大地影响能量的传输过程。

因此，对这种变压器的分析也不同于普通高频变压器。高压变压器的等效电路图如图3所示。其中变比为1：N的变压器是不考虑分布参数的理想变压器。Lp，Ls是原副边漏感，Rp，Rs是原副边绕组等效电阻，Cp，Cs为原副边杂散电容。

图3 高压变压器等效电路

由理想变压器输出部分向右看，可得输入输出传递函数为

式中：Vo′和Vo分别是理想变压器的输出电压和该电压经Ls，Rs，Cs电路滤波后的输出电压。

这是一个二阶滤波电路，其传递函数的幅频和相频特性示意图如图4所示。由图4可见，对同样幅值的输入电压，频率由小到大变化时，其输出响应先变大，到某一个最高点后，再逐渐变小。这意味着主电路的增益在频率变化时会剧烈变化，给控制电路的设计带来不便。由相频特性可见变压器相当于一个滞后环节。

（a）幅频特性图

（b）相频特性图

图4 二阶滤波电路的幅频及相频特性

由以上分析可知，由于漏感和杂散电容的存在，高压高频变压器在电路中的增益随频率的变化而变化，且容易出现谐振现象。以某高压高频变压器为例，实际测量该变压器的参数为：Ls=0.8H，Rs=25Ω，Cs=5000pF。则其谐振角频率ωo=15.8×103rad/s，对应的谐振开关频率fo=2.5kHz，品质因数Q≌500。在频率约5～10kHz范围该变压器增益极大,须将输入电压降得很低才能得到所需输出，很容易造成输出过压。而过了10kHz频带后，增益迅速衰减，须将输入电压升得很高才能得到所需输出，在20kHz频率下会出现电压传递不到副边的现象。

因此，在高压高频变压器的绕制过程中，应注意减少其漏感以提高谐振频率。可采用减少绕组匝数，原副边紧密耦合，应用高密度绝缘材料等办法解决该问题。