降低电容效应应对高频率运作技巧探讨

　　如何降低变压器中间绕组电容效应

　　有鉴于设计人员在设计高匝数比的低功率返驰式转换器时，时常遇到中间绕组电容的问题。本文将探讨降低电容效应以达到高频率运作的技巧。

　　图1显示出现问题的电路。对于这个变压器，首先应处理二次侧与一次侧之间的高匝数比（40：1）。变压器分配来自二次侧接地绕组的电容。二次侧的高电压切换造成电流流入此电容，再反向反应到一次侧。一次侧出现的有效电容，是二次侧分佈的电容乘以匝数比平方的乘积。例如，20pF的分配电容乘以1600。这也是一次侧的32nF电容，产生明显的损耗。例如，在100kHz下，对于12V输入，电容造成的耗损在4W电源供应中几乎等于1W。这个电容使汲极电压在电源FET关闭时变慢，因此没有负载週期，导致MOSFET开启时触发错误的电流限制。

　　若要降低流经电容的电流，要诀是将变压器闸数比降至最低，并且将变压器的电压降至最低。有许多方法可以将电压降至最低。一般而言，在这些高电压电路中，绕组缠绕于分层中。如果有两个分层，终点和起点都在线轴的同一侧，则第一圈和最后一圈会出现两者之间完整的绕组电压。降低各圈之间梯度的其中一种方法是多层连续绕组（bank winding）。图2显示电线的缠绕方式。这种方法可限制相邻绕组之间的电压，使电容大幅降低。分离式线轴的区段绕组也是这种方法的延伸。

　　如果变压器电容仍会造成问题，有一些电路设计技巧可以避免。图3显示其中一个範例。在这个设计中，二次侧经过分割，仅提供图1的二次侧一半的电压，并且针对各个输出将分割的二次侧相互串联。下半部电压绕组的平均AC电压维持相同，而上半部绕组的平均AC电压则减少66％。这种方法可以将有效的变压器电容减少大约一半，而且可延伸到更高电压的其他区段。

　　总而言之，变压器匝数比较大时，中间绕组电容会造成问题，尤其是耗损佔负载功率极大部份的低功率转换器。低电容变压器设计的要诀是将闸数比降至最低，并且将相邻绕组的电压降至最低，透过多层连续绕组或区段绕组可完成。抑或设计人员也可以分割绕组，并加入整流器及滤波器，将电容进一步降低，有效电容将按照区段数降低。例如，四个区段会减少四倍的电容。