電容開關(guān)應(yīng)用

分析了開關(guān)電源中高頻變壓器在考慮了變壓器繞組導(dǎo)體的電位分布情況下的電場(chǎng)儲(chǔ)能特性和共模電磁干擾發(fā)射特性。指出采用一端口入端電容描述電場(chǎng)儲(chǔ)能效應(yīng)，而采用二端口轉(zhuǎn)移阻抗電容描述共模電磁干擾發(fā)射效應(yīng)，并提出了相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，建立了新的高頻變壓器電容效應(yīng)模型，該模型可以同時(shí)兼顧變壓器的電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存特性和共模噪音抑制特性，能合理地揭示變壓器內(nèi)共模噪音電流的流動(dòng)機(jī)理。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果均驗(yàn)證了理論分析和模型。

高頻電容現(xiàn)有變壓器模型介紹

普遍使用的變壓器模型，該模型含有3個(gè)集總電容，包括原邊繞組電容C_p，副邊繞組雜散電容C_s，原邊和副邊繞組間的雜散電容C_ps1、C_ps2。其中C_p和C_s分別反映了變壓器內(nèi)原邊和副邊各自內(nèi)部存儲(chǔ)的電場(chǎng)能量，而C_ps1、C_ps2則代表了變壓器原邊和副邊的電場(chǎng)耦合能力，是影響共模電流大小的重要因素之一，是電磁干擾分析中的關(guān)鍵參數(shù)。

在開關(guān)電源的電磁干擾分析中，變壓器原邊和副邊間的電容C_ps1、C_ps2是共模干擾噪音的重要通道，對(duì)該電容的測(cè)量和估算是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)共模噪音并采取有效抑制措施的前提條件。按照以往直接測(cè)量變壓器原邊和副邊得到的電容在實(shí)際電路分析中存在很大的問題，例如直接用LCR表測(cè)得的C_ps1、C_ps2，就無法考慮到變壓器繞組線圈上的電位分布的影響，其電容值僅由繞組相對(duì)面積和繞組間的間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，很多文獻(xiàn)稱之為結(jié)構(gòu)電容。而在實(shí)際應(yīng)用中，變壓器線圈各匝間電位分布不是固定值而是有一定的電位梯度分布，因此在電路分析中采用上述方法測(cè)量得到的電容參數(shù)不能準(zhǔn)確描述變壓器的實(shí)際電容效應(yīng)，需要采用能夠反映變壓器繞組電位分布的變壓器容性參數(shù)測(cè)試手段和計(jì)算方法。

在考慮變壓器繞組各匝匝間存在不同電位分布的情況下，變壓器的繞組間電容一般通過變壓器的電場(chǎng)存儲(chǔ)能量來計(jì)算，得到變壓器的能量端口有效電容。

高頻電容共模端口有效電容

變壓器的分布電容是共模電流傳輸通路的重要參數(shù)，用變壓器存儲(chǔ)電場(chǎng)能量歸算得到的能量端口有效電容，并不能反映變壓器對(duì)共模電流傳導(dǎo)的特性，因?yàn)樽儔浩鞯哪芰慷丝谟行щ娙菔且欢丝诰W(wǎng)絡(luò)參數(shù)，是從電壓施加側(cè)看進(jìn)去的同一端的等效電容，它反映了變壓器存儲(chǔ)電場(chǎng)能量的能力。而描述變壓器內(nèi)共模噪音電流流動(dòng)的有效電容應(yīng)該是一個(gè)二端口網(wǎng)路參數(shù)，即噪音源施加于變壓器的一端口，而共模噪音電流是經(jīng)兩個(gè)繞組間的分布電容由另一端口流出。 以反激式開關(guān)電源為例解釋了其中的差異，原邊噪音源產(chǎn)生的共模噪音經(jīng)變壓器繞組間電容耦合到變壓器的副邊，流入副邊由對(duì)地分布電容經(jīng)LISN阻抗回到地。

由儲(chǔ)存能量得到的能量端口有效電容，該等效電容是將原邊和副邊間的存儲(chǔ)能量歸算至原邊電位U_p，歸算得到的能量端口有效電容反映了原邊和副邊之間所存儲(chǔ)的電場(chǎng)能量，是原邊施加電位U_p的參數(shù)C_E=f(U_p)，是一端口的阻抗參數(shù)。則體現(xiàn)了原邊所施加電壓U_p的情況下，共模電流由變壓器副邊流出，其對(duì)應(yīng)的有效電容體現(xiàn)了變壓器一端口施加電壓，另一端口出現(xiàn)的共模電流大小的二端口轉(zhuǎn)移阻抗的概念C_Q=f(Up， i_CM)。明顯的基于能量計(jì)算得到的描述一端口的有效電容并不等同于描述共模噪音的二端口有效轉(zhuǎn)移阻抗電容，不適合用來分析共模噪音電流。

高頻電容變壓器電容特性建模

能量端口有效電容和共模有效電容均為折算到原邊電壓U_p的有效電容，其中能量端口有效電容為C_E=C₀/3，表征了變壓器存儲(chǔ)電場(chǎng)能量的物理特性，而用形成位移電流的感應(yīng)電荷計(jì)算的共模端口有效電容為C_Q=C₀/2，表征了變壓器對(duì)共模噪音的抑制特性。兩個(gè)端口有效電容間存在差異，而且C_Q>C_E，原有的模型無法同時(shí)表達(dá)這兩種特性，為此需要對(duì)變壓器進(jìn)行重新建模?？紤]了變壓器線圈電位分布的新模型，該模型在原有兩個(gè)集總電容的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)新的集總電容C_ps3，這3個(gè)電容參數(shù)并不是簡(jiǎn)單的把總的C_ps 分為三等分，即 C_ps1=C_ps2=C_ps3=C_ps/3，對(duì)這3個(gè)電容的參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，以期可以同時(shí)表達(dá)變壓器存儲(chǔ)能量和共模噪音抑制的兩種特性。

共模噪聲測(cè)試包括2端和3端兩種接入情況：3端輸入時(shí)變壓器的共模電磁干擾信號(hào)經(jīng)副邊側(cè)母線直接流回地線，變壓器的原邊靜點(diǎn)(電壓非跳變點(diǎn))和副邊靜點(diǎn)(電壓非跳變點(diǎn))間的電位差就是噪音電流流經(jīng)LISN標(biāo)準(zhǔn)50?電阻的電位差，考慮到噪音電流為μA數(shù)量級(jí)，此電位差可以忽略不計(jì)，認(rèn)為原邊靜點(diǎn)與副邊靜點(diǎn)電位相同；而2端輸入時(shí)共模噪聲經(jīng)副邊對(duì)地分布電容C_g構(gòu)成回路，此電容一般很小，因此副邊噪聲電位可以看作與原邊的中點(diǎn)電位相同為U_p/2。

電容開關(guān)可對(duì)塊狀、顆粒狀、粉末狀及液態(tài)物料料倉(cāng)的料位及液位進(jìn)行控制或上、下限位報(bào)警，適用于高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、多粉塵、超細(xì)顆粒的惡劣環(huán)境；在冶金、石油、化工、輕工、煤炭、水泥、糧食等行業(yè)應(yīng)用廣泛。