[发明专利]一种平面变压器PCB绕组寄生电容等效计算方法

说明书

本发明公开了一种平面变压器PCB绕组寄生电容等效计算方法，通过对平面变压器PCB绕组的建模和分析，模拟PCB绕组寄生电容的分布情况，通过计算存在寄生电容的各相邻两层之间寄生电容存储能量的大小并进行叠加，利用能量和寄生电容之间的关系以及能量守恒定律，对PCB绕组整体的寄生电容进行计算,然后将其等效为三个部分的电容的计算，即原边绕组同名端与副边绕组同名端之间的电容C₁、原边绕组同名端与副边绕组异名端之间的电容C₂以及原边绕组异名端与副边绕组同名端之间的电容C₃。

技术领域

本发明涉及PCB型平面变压器，尤其是一种平面变压器PCB绕组寄生电容等效计算方法，可应用于平面变压器寄生参数分析以及电磁兼容领域中EMI传导模型的建立。

背景技术

平面变压器具有高度低、体积小、一致性好、便于批量生产、漏感小、散热性好、电磁兼容性能好等优点，是目前应用较为广泛的新型变压器。平面变压器有多种，其中PCB平面变压器由于其成本低廉、结构稳固、制作方便等优点而得到最为广泛的应用。其结构比较简单，将各层绕组的过孔焊接即可。平面变压器的寄生电容是开关电源设计中的一个不可回避的实际问题，往往会使开关电源的工作状态偏离设计结果，甚至严重影响电源的技术指标。从而在开关电源的设计过程中必须考虑到这些寄生电容的影响。因此，采用何种方法来计算平面变压器PCB绕组寄生电容的大小就显得尤为重要。

平面变压器按设计制作工艺的不同，可分为印刷电路(PCB)型，厚膜型、薄膜型、亚微米型4种。其中PCB型平面变压器主要由平面磁芯、PCB绕组和绝缘层三部分组成。平面变压器要求磁芯、绕组是平面结构，所以应该采用多层PCB绕组，一般在八层到十层，多的接近二十层。在PCB型平面变压器中，PCB绕组是做在印制电路板上的圆形扁平传导导线或是直接用铜泊，各层绕组间距小并且存在较大的正对面积，使得寄生电容不可避免的存在。可以认为PCB型平面变压器的寄生电容主要存在于PCB绕组之间。该寄生电容会使开关电源的工作状态偏离设计结果，甚至严重影响电源的技术指标。寄生电容的影响不可消除，但我们可以进行估算，从而在开关电源的设计过程中考虑到这些寄生电容的影响。

平面变压器PCB绕组分为两部分，原边绕组(P)和副边绕组(S)。原边绕组采用串联方式来增加匝数；为了增加绕组的载流能力，副边绕组一般采用并联结构。平面变压器原边绕组一般都是单匝形式或者都是多匝形式，并且采用串联形式；副边侧绕组都为单匝形式，并且采用并联结构。PCB型平面变压器的绕组结构存在多种方式，可以分为简单结构、三明治结构和交错结构。三种绕组形式虽然结构不同，都不可避免地会产生寄生电容。简单结构寄生电容较小；交错结构寄生电容很大；三明治结构的寄生电容大小介于二者之间。在计算寄生电容的大小时，非相邻两层绕组电容相比于相邻两层绕组间电容小得多，可以忽略不计；单层绕组自身虽然也存在电容，但一般平面变压器各层绕组很薄，可以忽略不计；副边绕组采用并联结构，当相邻两层绕组都为副边绕组时，不存在电势差，可以认为其寄生电容为零。

任何金属件之间都有电容存在，现有平面变压器PCB绕组寄生电容计算方法是，将每层绕组视作一个等势面，即绕组上没有压降，利用静态电容公式C＝Q/U来计算绕组之间的电容大小。但在变压器中，同一绕组线匝之间、不同绕组之间、绕组对屏蔽层之间、沿着某一线长度之间的电位是变化的，这样形成的电容不同于静电容，称为分布电容。因此不能用计算静电容的方法直接计算分布电容。本发明提出一种更加精确的、适应性强的平面变压器PCB绕组寄生电容计算方法来解决现有难题。

发明内容

本发明针对现有平面变压器寄生电容计算方法的不适用性，提供一种平面变压器PCB绕组寄生电容等效计算方法，该方法计算快速、准确，适应性强，具有较高实际应用价值。