自耦變壓器SPICE建模

作者 : John Dunn,EDN專欄作者

自耦變壓器又稱為單繞組變壓器,可分升壓變壓器及降壓變壓器;它是一種只有一組線圈的變壓器,其中一個線圈作為另一線圈的一部份...

在我的SPICE模擬器元件列表中,並不包括「自耦變壓器」(autotransformer)模型。自耦變壓器又稱為單繞組變壓器,可分升壓變壓器及降壓變壓器。自耦變壓器是只有一組線圈的變壓器,其中一個線圈作為另一線圈的一部份。

由於只有一組線圈同時用作原線圈及次線圈,降壓時會從共用線圈導引出一部份用於次線圈,而當升壓時則從共用線圈引出比原線圈多的一部份用作次線圈。因為需要具備這項功能,我便為其建模如下(參見圖 1)。

 

圖1:自耦變壓器模型。

 

T1和T2是可以選擇匝數比的理想變壓器。從升壓方向來看,自耦變壓器的升壓比是上變壓器T1的匝數比加1。電感L1在總分接頭繞組上下部份之間100%建模耦合,並設置該模擬的磁化電感值。

在嘗試實際使用此模擬之前,我需要確認模擬的有效性,我做到了。

由於該SPICE 模擬器並未提供直接測量電感的儀器,因此我使用並聯諧振和 LC諧振方程來檢查幾個匝比值的模擬電感(圖2)。

 

圖2:電感測定,例 1。

 

分配至L1的Henry電感值是預先考慮惡意而選擇的,因為這種大小的電感可能適用於低頻、高功率應用。然而,我們也可以將此模型擴展到射頻(RF)應用。將L1降低到僅27µH會產生以下結果(圖3):

 

圖3:電感測定,例 2。

 

不同的電感,具有不同的頻率,但我們在由SPICE確定諧振頻率提供的數值精度範圍內得到相同的結果。

升壓和降壓轉換的工作方式也相同(分別為圖4和圖5)。無論選擇何種頻率和電感,都會得到相同的結果。

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