閉環DC-DC轉換器網絡分析中的注入變壓器

摘要：電流變壓器作為電壓變壓器使用，可替代作為測試配件出售的注入變壓器，贏得更高的成本效益。

　　工程實驗室通常配備有網絡分析儀，但很少配備用于DC-DC轉換器閉環分析的注入變壓器。Agilent公司出售這種變壓器，作為測試設備配件，但是價格昂貴。Ridley Engineering和Venable公司也出售注入變壓器。這種注入變壓器具有出色的性能指標，但是價格也很昂貴。注意，它們的作用僅僅是變壓器。作為另外一種替代方案，你也可以將電流變壓器作為電壓變壓器使用，獲得一個更具成本效益的注入變壓器。

　　設計變壓器時，最難的參數是帶寬。一方面，低頻性能需要更大的磁芯和更多的匝數，這樣會增大變壓器的物理尺寸。另一方面，高頻性能需要良好的耦合、小尺寸和最少的匝數。 幸好，電流變壓器適合大多數應用場合。例如，Pulse Engineering公司的PE-51687在鐵氧體磁芯上有一個100匝的初級繞組，沒有次級繞組。

　　磁芯上有一個通孔，用戶可以用標準導線自己繞制任意匝數的次級線圈。這條線同時也作為待測電路的一條連接線，并能根據次級線圈的匝數提供一定的驅動電平。 由于構建的是電壓變壓器，因此需要控制初級電壓。假使變壓器的初級電抗比網絡分析儀源電抗高，則給初級并聯一個50電阻，就可正確地端接網絡分析儀的信號源。低頻情況下，初級感抗必須大于從變壓器看過去的戴維南(Thevenin)等效阻抗(25)。

　　PE-51687的初級電感為20mH，變壓器可以工作的最低頻率應滿足： Xl=2*3.1416*Freq*Lprim。

　　對上式變形可以得到：Freq = 25/(6.28*20mH) = 200Hz 200Hz的低頻截止頻率適用于小信號，但是如果電壓較大，超過了磁芯的伏秒積指標，則會導致磁芯飽和。PE-51687的初級伏秒積指標為600V*ms (600ms，1V)。因此，驅動電壓也會限制低端頻率響應。

　　高頻響應受限于初級線圈中的電容。例如，PE-51687的高頻響應可達5MHz，并在超出該頻率時出現一個峰(圖1)。注意到這個峰幅度很高(+15dB)，但在次級并聯22電阻可使其大幅度降低(圖2)。多數情況下，通過限制網絡分析儀的掃頻上限可避開這個峰。

　　圖1. PE-51687變壓器的頻率響應，次級線圈的匝數為8。

　　圖2. PE-51687變壓器的頻率響應，次級并聯22電阻。

　　圖1和圖2 (還有后面的圖5)所示的頻響圖是在網絡分析儀的信號源以0dBm驅動下，利用分析儀的50輸入和一個X10 (-20dB)倍的FET探頭測得的，測試裝置如圖3所示。試驗所用的變壓器有8匝Teflon絕緣的24AWG線(由于Teflon絕緣層可以經受焊接時的高溫，適合用來進行電路連接，用其它導線也是可以的)。由于匝數比為100:8，該變壓器有-21.9dB的插入損耗。因此，測量值(-42dBm)中包括了FET探頭的損耗。

　　圖3. 注入變壓器用于環路增益測量。