传输线型高频变压器分析

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1、传输线型高频变压器分析作者：？？发布时间：2011-06-20文章来源：指数网用户TAG:摘要：摘要：文章提出了用传输一型变压器（TLT）的该当解决同频变压器设计的一种可行方案，利用传输电路原理讨论不同匝比的TLT的特及其优点，其中包括其宽带特性。文章还介绍了设计和制造的匝比为2：1、3：1和5：1的产品样品，样品的检测结果验证了理论分析的正确性。文章同时指出了TLT在减小设备尺寸方面存在的优势，这使是TLT在高频变换器中得到了广泛的应用。　目录    摘要：文章提出了用传输一型变压器（TLT）的该当解决同频变压器设计的一种可行方案，利用传输电路原理讨论不同匝比的TLT的特及其

2、优点，其中包括其宽带特性。文章还介绍了设计和制造的匝比为2：1、3：1和5：1的产品样品，样品的检测结果验证了理论分析的正确性。文章同时指出了TLT在减小设备尺寸方面存在的优势，这使是TLT在高频变换器中得到了广泛的应用。1引言传输线型变压器(TLT)是在电力电子学发展进程中涉及设备小型化而设计的。谐振式DC-DC功率变换器设计在高频工作，所以要求其使用小尺寸元件。传统的电源变压器难以在高频下工作。本文提出的TLT可解决这些问题，它不牺牲传统变压器的电气隔离功能和高匝比，或在不减其额定功率的情况下，可以满足高频工作的要求。TLT主要应用于射频和微波范围天线网络的阻抗匹配。射频应

3、用的TLT匝比为2∶1，本文则介绍更高匝比的TLT设计分析方法，并做出了样品进行验证分析。2传输线型变压器如何工作本文进行的理论分析是根据传输线参数为精确分布即传输线法进行的。与传统变压器不同，n∶1的TLT变压器的匝比n和特性（即电压、电流和负载变换等）完全受传输线段互连的影响，而与器件中的磁性材料无关。故在分析TLT特性时，有意识地省略了器件中存在磁性材料的因素。在TLT中的磁性材料所起的作用仅仅使传输线段中流动的净电流量达到最小，磁性材料在器件并不起功率传输的作用。这将在后面进行讨论。我们以最合适进入理论分析的最基本的TLT电路是2∶1压比的变压器开始阐述。这种变压器由两

4、根在输入端和输出端分别以串联和并联连接的传输线段组成，见图1所示。当外加电压Vin被均匀地分布在两根具有相同的特性阻抗Zo线段时，即会出现电压变换。而且，作为理想的传输线传播信号，就意味着在传输线段内必定流动着大小相等方向相反的电流Iin（即净电流为零）。为此，结果是通过负载RL的电流为2iin，并占了全部的输入功率。在后面的分析结论中可以看到，传输线段必须保持短的电尺寸（也就是说βl要小，此处的β=2π/λ是传输线段的传播系数，l是电波的长度），以避免沿传输线的驻波引起电压和电流变换的恶化。或者换种说法，为使变压器正常工作，其输入电压与电流信号当传播到负载时，不应引起明显的相

5、位延迟。当把图1的电路改变布局变为图2所示的单线段布置时，将会得到一种从设计到制造更为有利的结果，并且其同样符合2∶1变压器的分析结论。这种布置的修改在考虑了电路末端特性的情况下是容许的。根据所修改的电路，很容易证明输出端的电压和电流仍然是Vin/2和2iin。在下面的分析中我们会发现，修改后的TLT电路（图2）出现的小βl值比图1电路的βl值存在更好的性能。图3所示的电路结构是n∶1TLT电压变压器的一般形式，可以用于后面介绍的TLT样品的设计。3传输线变压器特性分析TLT的特性分析包括基本传输线方程的介绍、求解电压变换率nv，电流变换率ni，负载变换率n12，输入阻抗Zin

6、，最后归一为反射功率。这些参数将分别由以下的方程式(1)~(4)和(7)表达和定义，它们通常以四端网络的Y参量表达式表示，见图4。用TLT的Y参量代替已知的整数匝比n后，即可得到最终表达式。应该说明的是，虽然n和nv是同一个概念Vin/Vl，但是，n是设计的低压比率常数，而nv是描述上述比率n如何在幅值和相位两者上随Zo、Rl和βl变化的函数关系。理论上讲，比率nv和ni应等于n，n12等于n2。式中的YL=1/RL，而每个匝比n需要对Y参量进行简单的求值。此外，TLT的综合性能用这种负载变换比率可以很好表达，因为它也包含着电压和电流的特征。因为Vl/il等于负载电阻RL，故输

7、入阻抗Zin可以表述为：为了对TLT综合性能进行简单的实验估算，我们推导了归一化反射功率的表达式。在实际工作中，负载变换比与理论计算的值是不一致的（即ni2≠n2）。由于理论计算使用的是无损耗传输线方程式，同时又没有考虑元件中的磁性材料影响，所以，在此宁可把反射功率称之为失配损耗，也不称其为有功功率耗散损耗。该失配是在输入阻抗Zin(=ni2Rl)和源阻抗Zg之间调至ni2RL时的现象，如图5所示。以上所描述的情况是利用网络分析仪或者S参量测试仪的固定输出端口的阻抗来测试变压器参数时存在的情