定制變壓器設計需要性能強大的LCR電橋

在設計隔離開關式電源 (SMPS) 時，高頻變壓器是關鍵組件。在使用定制變壓器進行設計時，在許多設計參數中，包括效率、開關元件的最大額定電壓和 EMI，其中漏電感控制至關重要，必須對這種寄生參數進行準確測量。R&S?LCX系列LCR電橋非常適合這項具有挑戰性的測量任務。

您的任務

SMPS 開關電源變壓器漏感的影響取決于幾個因素。設計變壓器以獲得更大的磁化電感往往會增加漏電感，尤其是初級和次級繞組之間需隔離的情況下。這種漏感可能會導致功率損耗并影響EMI 輻射，尤其更高的轉換器開關頻率時。

如果變壓器設計為反激式轉換器中運行，則當驅動晶體管關閉時，主轉換器開關將對來自漏感電壓的反沖敏感。存儲在漏感中的能量需要緩沖電路來限制開關器件中的電壓。在設計過程中，準確測量變壓器初級側的漏感對于優化緩沖電路設計至關重要。這將確保對主開關元件的充分保護，同時降低損耗并減少了 EMI問題。

除了漏感，其他參數，如勵磁電感、繞組電容和繞組電阻，也是高質量設計所必需考慮的。為了加速設計過程，還可從測量的寄生變壓器值中導出準確的仿真模型。

Rohde & Schwarz和OItek解決方案

R&S?LCX系列LCR電橋可準確測量變壓器所有的關鍵參數。變壓器電感測量需要有合適頻率的正弦電壓；所需的測試頻率取決于轉換器的開關頻率。在次級繞組處于開路配置時，LCR電橋提供交流信號，進而測量初級電感 L_Total 。

初級和漏感測量原理

測量結果結合了勵磁電感L_M 和漏電感L_L。初級變壓器電感由磁芯磁導率和繞組匝數決定。串聯電阻參數R_S 也由銅繞組產生，該值也可應用交流信號時測量，也可作為純直流測量，該值有助于計算銅損。

由于變壓器設計時定義了漏感，導致無法直接測量漏感。一種合適的漏電感方法必須消除初級電感中的磁化電感，這可通過次級端子之間的短路來完成，短路會導致輸出端子上的電壓為零，而初級側的磁化電感電壓為零，此時初級端子處測得的電感，即為漏電感。

應用示例

使用反激原理將用于測量相關參數的定制變壓器設計放置在輸出電壓為 5V、2A 的離線電源轉換器中。

測量任務

? 執行補償（未連接DUT的開路/短路測量）

? 補償測試線的殘余參數

? 設置所需的工作頻率和合適的電壓測試電平

? 選擇合適的阻抗模式（lowZ 或 highZ）

? 為了得到最好的準確性

? 選擇合適的量程設置和正確的參數配置 (L_s 和 R_s/L_s 和R_DC)，連接 DUT 并開始測量

下圖顯示了一個符合參數規格的745.3μH初級電感：

在10kHz和100mV(RMS)時，初級電感測量

上圖顯示了1.283Ω 的串聯電阻。直流電阻在典型變壓器的數據表中給出，應以直流測量。這也可通過使用 LCR電橋測量選擇R_DC參數，產生的直流電阻約為 1.41Ω。

下圖顯示了大約 6.08μH漏電感，這也在數據規格范圍內。測量漏感后，可以計算出勵磁電感：

L_M = L_Total ? L_L = 745.26μH – 6.08μH = 739.2μH

在10kHz and 100mV (RMS)測量條件下測量泄露電感

總結

R&S?LCX系列LCR電橋結合了強大的功能和高精度，使其成為滿足各種開關轉換器中的變壓器設計測量的絕佳儀器。在大多數轉換器設計中，無論緩沖電路中泄漏能量耗散，還是重新用于諧振轉換器中的零電壓開關，都必須考慮控制泄漏電感。LCX系列LCR電橋能夠測量各種變壓器寄生參數，使設計人員能夠建立一個非常精確的仿真模型。在生產線上，漏感測量可確保定制變壓器設計的質量，以進行進貨篩選檢查。

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