基于功率MOSFET管的变压器漏感和电路杂散电感影响的分析及仿真
变压器漏感和无功功率损耗的公式_概述及解释说明
变压器漏感和无功功率损耗的公式概述及解释说明1. 引言1.1 概述变压器是电力系统中重要的电气设备，广泛应用于电网输配电过程中。
变压器漏感和无功功率损耗是变压器性能评估和运行稳定性分析的关键指标。
本文将对变压器漏感和无功功率损耗的公式进行概述和解释说明，旨在帮助读者更好地理解这些概念及其对变压器运行的影响。
1.2 文章结构本文共分为五个部分，每一部分围绕着特定的主题展开讨论。
首先，在引言部分，我们将简要介绍全文的概述、文章结构以及目的，并为读者提供一个整体把握文章内容的框架。
接下来，在第二部分“变压器漏感和无功功率损耗的公式概述”，我们将详细介绍变压器漏感和无功功率损耗的定义和作用，并对相关公式进行推导，并解释其原理。
通过这一部分内容，读者可以了解到这两个指标在变压器性能中所扮演的角色。
第三部分“变压器漏感和无功功率损耗的解释说明”将进一步探讨影响变压器漏感和无功功率损耗的因素，分析它们对变压器运行稳定性的影响。
此外，我们还将通过应用案例的探讨和实践经验的分享，举例说明这些概念在实际应用中的重要性。
第四部分“实际测量技术与误差分析”将介绍常用的测量方法和仪表，并探讨测量误差的分析及处理方法。
同时，我们还将解读测量结果并与实际应用场景进行比较分析，以验证所提出的公式和理论是否可靠。
最后，在结论与未来展望部分，我们对全文进行总结，并指出存在的问题及可改进方向。
同时，我们还将展望未来研究和应用的发展方向，为读者进一步深入研究变压器漏感和无功功率损耗提供参考。
1.3 目的本文旨在通过对变压器漏感和无功功率损耗公式进行概述和解释说明，为读者提供一个全面而深入地了解这些指标及其对变压器运行稳定性影响的视角。
同时，通过现有实践经验和案例分享，希望能够对变压器的测量技术和误差分析提供一定的指导。
最终目的是为读者提供一个全面、系统和可靠的资料，以支持他们在电力系统中应用变压器漏感和无功功率损耗公式时能够做出准确的分析和决策。
电力电子实验指导书功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究
实验三功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法2．掌握MOSEET对驱动电路的要求3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法二．实验内容1．MOSFET主要参数：开启阀值电压V GS(th),跨导g FS,导通电阻R ds输出特性I D=f（Vsd）等的测试2．驱动电路的输入,输出延时时间测试.3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试4．有与没有反偏压时的开关过程比较5．栅-源漏电流测试三．实验设备和仪器1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分2．双踪示波器（自配）3．毫安表4．电流表5．电压表4、实验线路见图2—2五．实验方法1．MOSFET主要参数测试（1）开启阀值电压V GS(th)测试开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流I D=1mA)的最小栅源电压。
在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流I D ，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS 管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS 管的栅源电压Vgs ，并将主回路电位器RP 左旋到底，使Vgs=0。
将电位器RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流I D =1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压V GS （th ）。
读取6—7组I D 、Vgs ，其中I D =1mA 必测，填入表2—6。
（2）跨导g FS 测试双极型晶体管（GTR ）通常用h FE （β）表示其增益，功率MOSFET 器件以跨导g FS表示其增益。
跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即g FS =△I D /△V GS 。
典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和V DS =15V 下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。
高频变压器的最佳设计、优化与仿真[1]
![高频变压器的最佳设计、优化与仿真[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/d2e2ff0ff12d2af90242e61b.png)
【方案 9】（在方案 8 基础上，因安规要求增加挡带宽度所改进，线径减细） 线圈连线图：
(b) 对比 2(交错方式)
Case 1 Case 2 Case 3 Case1(PSPSPSPS 结构)：完全交错 Case2(PSPSSPSP 结构)和 Case3(PSSPPSSP 结构)：变比都为 1：1， 原边 4 层并，副边 4 层 并；铜箔宽 5mm、厚 0.07mm，层间绝缘厚度 0.15mm 仿真结果：
四、SAG9000T1 的典型结构方案和仿真对比
【方案 1】（仿 H8411T1） 线圈连线图(7,8 脚为中间抽头)：
内部结构和实测温升（常温下）：
1.5mm 3T N32 2T N12 3T (N12 110.1度)
反包 胶带
N22 1T (N22 117.1度) N31 2T (N31 122.3度) N11 3T N21 1T(骨架 114.5度) (磁芯 88.7度)
11
反包 胶带
空间磁场分布：
H 0.5
l -0.5
虽然磁场分布较对称，但幅值仍较高，而且原边绕组集中在线包中间，强烈的邻近效应将使 电流分布极不均匀。
仿真结果： 电阻 原边 直流 130K 44.8mΩ 130Ω 副边 1 2.38mΩ 5.7mΩ 副边 2 2.56mΩ 5.8mΩ
代入真实电流仿真损耗结果
代入真实电流仿真损耗结果
【方案 7】 线圈连线图：
2,3
N13=26T 0.21*10 N12=26T 0.21*10 N11=26T 0.21*10
12
N21=5T cu 0.075*24mm N22=5T cu 0.075*24mm
7,8
N31=5T cu 0.075*24mm N32=5T cu 0.075*24mm
MOSFET分析中文PPT
1 1 E ring _ turnon E source Qoss _ bot Vin Vin Qrr Qoss _ bot Vin 2 2
பைடு நூலகம்
此处Tg’’’=Rg*(Cgs+Cgd), Vgs_main是转换结束时的GS 间电 压.注意在这个阶段,G,D间电容比起在延迟时期要大得多. 漏级电流为: 其中Id_main是转换结束时期的漏级电流… 当漏级电流到达负载电流时这个时期结束.
Model of Devices’ Behaviors in Circuit___A. Turn-On Period
E source Vin itop (t ) dt Vin i L dt Vin * Vin * (itop (t ) I L ) dt Vin * (Qrr Qoss bot )
t1 t1 t1
t2
t2
t2
此处Qrr是二极管的反向恢复充电.在充电期间上式的推导与门极驱动电路类假.第一部分是由输入SOURCE提供的全部能量.第 二部分是到负载边的能量,这部分能量没有被损耗,所以扣除.这两部分能量的差值就是反向恢复能量,被贮存在BOTTOM开关管 的输出电容Coss_bot上. 在t3,当振铃全部被阻尼后,整个电路到达另外一个稳态.仅有的能量被贮存在Coss_bot上.因此,在振铃时期损耗的能量为:
Model of Nonlinear Capacitance of Devices
MOSFET上非线性电容的建模方法在微电子专著中已被提到.这种方法对低压MOSFET同样适用. 模型的输入参数是输入电容Ciss,输出电容Coss,和反向转换电容Crss(以上对Vds=16V时);以及在 Vds=1V时的Coss,Crss.上述参数均可以在datasheet中查到.在Vds=16V时,G,S间电容表示为: Cgs=Ciss_16v – Crss_16v.一般情况下,Cgs可以当成一个常数来看待. C j1 在Vds=16V,1V时,D,S间电容为: C ds ( 4) Cds_16v=Coss_16v – Crss_16v; (2) Vds 1 Cds_1v=Coss_1v – Crss_1v; (3) 1 一般情况下Cds可以表示为: 将(2),(3)分别代入到(4)式,建立两个方程.利用这两个方程,系数Cj1和??可以被解出. 同样的方法用于米勒电容,也就是G,D间电容,一般情况下G,D间电容可表示为:
杂散电感对开关特性的影响【范本模板】
杂散电感对IGBT开关过程的影响1 简介IGB T的开关损耗特性研究对IGBT变流器设计具有重要的意义，在有结构紧凑性要求或可靠性要求较高或散热条件特殊的场合，都需要严格按器件损耗特性进行大余量热设计以保证IGBT及IGBT变流器的温升在长期可靠性运行所允许的范围之内.IGBT是主流中大容量/中高速器件,开关损耗特性研究得到一贯重视。
作为典型MOS门极压控器件，其开关损耗主要决定于开关工作电压、电流、温度以及门极驱动情况等因素，系统的结构如主回路杂散电感会影响IGBT的开关特性，进而影响开关损耗，任何对其开关性能的研究都必然建立在实验测试基础之上，并在实际设计中尽量优化以降低变流回路杂散电感。
(a) 测试电路原理图(b) 测试波形原理图图1 功率开关开关性能测试平台原理图1是典型的IGBT 开关特性测试平台工作原理，其基本形式是用IGBT、二极管、电感、直流电源组成斩波器,模拟各种开关工作状态，用于测试，电路如图1(a)。
其中DUT 是被测试的带反并联二极管IGBT（Device Under Test），与完全相同的IGBT 组成一个桥臂,再串联以同轴电流传感器（Coaxial Shunt）,跨于直流母线与参考电位（地电位）之间。
DUT 的对管门极反偏以确保可靠阻断，这使得它仅仅担当一个二极管（D）的角色,用以续流，而电感L跨接在桥臂中点与母线上，作为斩波器的负载。
DUT 的门极驱动则受控可调,一般按双脉冲形式组织,如图1(b）所示。
在直流母线可用前提下,从t0 时刻开始DUT 被触发导通，直流电压施加于电感L 上，使得其电流从零开始线性上升，到时刻t1，DUT 电流（亦即电感电流）上升到所希望的测试值，关断DUT，可进行关断特性纪录测量。
DUT 的阻断维持到t2 时刻,期间电感电流通过对管反并二极管续流,有轻微能量损失在续流二极管以及线圈电阻上，这一时间间隔程度选择必须足够长以满足关断性能测试的最短时间要求，同时又应该尽量短以减少电感电流因续流损耗而下降的幅度。
变压器漏感对整流电路的影响研究
中图分 类号 ：Ｔ Ｍ４ ６
文献标 识码 ：Ａ
文章 编号７ ）０ ４ ． ０ ０ ５ ５ ． ０ ３
Ｉ ｎｆ ｌ ｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ Ｔｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ Ｌｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ Ｉ ｎｄｕ ｃ ｔ ａ ｎｃ ｅ ｏ ｎ Ｒｅ ｃ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ
ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｏ ｎ ｒ ｅ ｃ ｔ ｆｅ ｉ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ｌ ｙ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｒ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｔ ｆｅ ｉ ｒ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｉ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｍｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
感 的 对 整 流 电路 的 影 响 ， 然 后 推 断 了 换 相 重 叠 角 与 延 迟 角 以及 变 压 器 漏 感 之 间 的 关 系 。最 后 通 过 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ｉ ｎ ｋ中对变 压 器漏感 对 整流 电路 的影 响进行 仿真 验证 ，实验 结果表 明漏 感会 导致换 相 时 电压 和 电流 的波 形 出现“ 断层” 现象 ，而 且漏 感 的大 小和触 发角 大 小会 影 响换相 重叠 角 大小 。
功率MOSFET的应用问题分析
功率MOSFET的应⽤问题分析近些年来，作者⾛访过很多客户，结识了⼤量的在⼀线从事电源设计和开发的⼯程师，在和他们的交流过程中，也遇到过许多技术的问题，然后⼤家⼀些分析这些问题产⽣的原因，并找到相应的解决⽅法。
在这个过程中，我遇到过困惑迷茫，也体验过成功喜悦，并和许多⼯程师成有为朋友，他们是我⼈⽣路的最坚实的快乐和财富，他们⼀直⿎励我，将遇到的许多经验分享出来,现在整理⼀些功率MOSFET典型的应⽤问题，希望对⼴⼤的电⼦⼯程师有所帮助。
问题1：在MOSFET的应⽤中，主要考虑的是哪些参数？在负载开关的应⽤中，MOSFET导通时间的计算，多少为佳？PCB的设计，铜箔⾯积开多⼤会⽐较好？D极、S极的铜箔⾯积⼤⼩是否需要⼀样？有公式可以计算吗？回复：MOSFET主要参数包括：耐压BVDSS，Rdson，Crss，还有VGS(th),Ciss, Coss；同步BUCK变换器的下管，半桥和全桥电路，以及有些隔离变换器副边同步整流MOSFET中，还要考虑内部⼆极管反向恢复等参数，要结合具体的应⽤。
下⾯的波形为感性负载功率MOSFET开通的过程，Rg为MOSFET内部栅极电阻，Ron为MOSFET的栅极和驱动电源VCC之间的串联⼤电阻的和：，包括栅极外部串联的电阻以及PWM 驱动器的上拉电阻。
具体的开通过程，参考⽂献：基于漏极导通区特性理解MOSFET开关过程，今⽇电⼦：2008.11理解功率MOSFET的开关损耗，今⽇电⼦：2009.10VGS(th)和VGP在MOSFET的数据表中可以查到，有些数据表中没有标出VGP，可以通过计算得到平台的电压值。
产⽣开通损耗的时间段为t2和t3，t1时间段不产⽣开通损耗，但产⽣延时。
在负载开关的应⽤中，要保证在t3时间后，输出电容充电基本完成，就是电容的电压基本等于输⼊电压，在这个过程中，控制平台的电压VGP，就相当于控制了最⼤的浪涌电流，浪涌电流就不会对系统产⽣影响。
33变压器漏感对整流电路的影响换相重叠角
换相使电网电压出现缺口，成为干扰源。2-6 Nhomakorabeaud
a
ua
ub
uc
O id ic O ia ib ic ia Id
wt
g
wt
图2-25 考虑变压器漏感时的 三相半波可控整流电路及波形 2-1
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
换相重叠角——换相过程持续的时间，用电角度g表示。 换相过程中，整流电压 ud 为同时导通的两个晶闸管所对 应的两个相电压的平均值。
3.3 变压器漏感对整流电路的影响
由上述推导过程，已经求得： wt 6U 2 6U 2 5 5 ik 5 sin( wt )d(wt ) [cos a cos(wt )] a 6 2X B 6 6 2X B 5 当 wt a g 时，ik I d，于是
变压器漏抗对各种整流电路的影响
表2-2 各种整流电路换相压降和换相重叠角的计算
电路形式
单相 全波
XB
单相全 控桥
2X B
U d
Id
Id
三相 半波 3X B Id 2
2X B I d 6U 2
三相全 控桥
3X B
m脉波 整流电路
mX B ① Id 2
Id X B 2U 2 sin
②
Id
cosa cos(a g )
dik dik ua ub ud ua LB ub LB dt dt 2
（2-30）
换相压降——与不考虑变压器漏感时相比，ud平均值 降低的多少。
dik 1 a g 56 3 a g 56 U d ( u u ) d ( w t ) [ u ( u L )]d(wt ) 5 5 b d b b B 2 / 3 a 6 2 a 6 dt
MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用
MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用今天在研究全桥电路，资料和书上谈到的，大多数基于理想的驱动器（立即充电完成）。
这里一篇幅把MOS管驱动的来龙去脉搞搞清楚。
预计要分几个篇幅：1.MOS管驱动基础和时间功耗计算2.MOS管驱动直连驱动电路分析和应用3.MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用4.MOS管网上搜集到的电路学习和分析今天主要分析MOS管驱动变压器隔离电路分析和应用和MOS管驱动基础和时间功耗计算。
参考材料：《Design And Application Guide For High Speed MOSFET Gate Drive Circuits》是一份很好的材料《MOSFET 驱动器与MOSFET 的匹配设计》也可以借鉴。
首先谈一下变压器隔离的MOS管驱动器：如果驱动高压MOS管，我们需要采用变压器驱动的方式和集成的高边开关。
这两个解决方案都有自己的优点和缺点，适合不同的应用。
集成高边驱动器方案很方便，优点是电路板面积较小，缺点是有很大的导通和关断延迟。
变压器耦合解决方案的优点是延迟非常低，可以在很高的压差下工作。
常它需要更多，缺点是需要很多的元件并且对变压器的运行有比较深入的认识。
变压器常见问题和与MOS管驱动相关的问题：变压器有两个绕组，初级绕组和次级绕组实现了隔离，初级和次级的匝数比变化实现了电压缩放，对于我们的设计一般不太需要调整电压，隔离却是我们最注重的。
理想情况下，变压器是不储存能量的（反激“变压器”其实是耦合电感）。
不过实际上变压器还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域，这种能量表现为漏感和磁化电感。
对于功率变压器来说，减少漏感可以减少能量损耗，以提高效率。
MOS管驱动器变压器的平均功率很小，但是在开通和关闭的时候传递了很高的电流，为了减少延迟保持漏感较低仍然是必须的。
法拉第定律规定，变压器绕组的平均功率必须为零。
即使是很小的直流分量可能会剩磁，最终导致磁芯饱和。
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基于功率MOSFET管的变压器漏感和电路杂散电感
影响的分析及仿真
功率MOSFET管具有开关速度快、工作频率高的特点，适用于高频开关
电路。此外，在并联使用时，由于MOSFET管具有正温度系数，可以自动均
流，无需均流电路，方便扩流，这也是目前其他功率开关器件不可替代的优
点[1]。
为了加速开通，减少损耗，对MOSFET管的驱动电路的基本要求是内阻要
小，驱动电压尽量高（但不能超过栅-源击穿电压）；为了加速关断，应给输
入电容提供低阻放电通道；为了抑制高频振荡，栅极引线尽量短，减少线路
分布参数；为了防止静电感应导致栅极电压上升引起误导通，栅极不允许开
路，大功率MOSFET管截止时，栅极最好施加负电压[2]。
MOSFET管的驱动电路有多种形式，可以用TTL电平直接驱动，但更多采
用隔离驱动，在驱动信号输出端与MOSFET管栅极之间用光耦或磁耦实现与
主电路电隔离。
驱动变压器是常用的磁耦元件，起到传输驱动信号和功率的作用。设计合
理的驱动变压器，不仅可以提高MOSFET管开关性能，而且体积小、重量轻，
成本低。
2 MOSFET管内部电容与变压器驱动栅极电路
2.1 内部电容
MOSFET管内部电容，也称极间电容，是栅极、源极、漏极之间的寄生电
容。开关电源最常用N沟道增强型MOSFET管[3]，内部电容分别为：栅-源
极间电容Cgs，栅-漏极间电容Cgd，漏-源极间电容Cds，如图1[1, 3]。
与漏-源短路条件下小信号输入电容Ciss的关系：