变压器原理

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件由铁芯（或磁芯）和线圈组成。铁心（或磁芯）的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗，铁心由涂漆的硅钢片叠压而成；两个线圈之间没有电的联系，线圈由绝缘铜线（或铝线）绕成。线圈有两个或两个以上的绕组，其中接电源的绕组叫初级线圈，其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成，如图1所示。

图1 变压器原理

共模噪声产生

实际应用中的变压器很复杂，不可避免地存在铜损（线圈电阻发热）、铁损（铁心发热）、漏磁（经空气闭合的磁感应线）以及变压器对地产生共模噪声等等。变压器的共模噪声参数，是影响充电器共模噪声品质的决定因素，所以提前对变压器的共模噪声参数进行筛选有利于提高充电器的共模噪声品质。深圳市航嘉驰源电气股份有限公司研制出一套测试变压器共模噪声参数的方法。接下来我们用该公司研制的测试治具以及该公司生产的一款变压器（Huntkey 130-1）来验证该测试方法的有效性。图2所示为 Huntkey 130-1变压器原理图。

图2 Huntkey 130-1 原理图

图2中，加载在线圈N1两端的交流电压通过磁芯的作用使线圈N3产生感应电压。由于不是理想变压器，在线圈N3产生预期电压的同时也会对地产生一个耦合电压。究其原因是因为N1与N3两线圈间形成等效电容，从而使变压器端口1对端口9及端口2对端口9经等效电容对地均产生耦合电压也就是共模噪声。共模噪声的大小跟输入端交流电压大小、线圈绕线方式、排列方式及材料均有关，但无法通过理论分析直接得到，因此需要通过其它方式对其进行验证，从而判断变压器质量。

共模噪声测试及结果

共模噪声客观存在。通过在变压器端口9串联一个10KΩ阻抗与等效电容形成回路，再通过示波器测试10KΩ分压电阻两端的电压，以此推断某一类型变压器的质量。图3为共模噪声测试模型。

图3 共模噪声测试模型

产生共模噪声的等效电路及测试方法如下图4所示。 

图4 共模测试等效电路

为实现图4中的共模噪声测试，深圳市航嘉驰源电气股份有限公司专门研制了图五中的共模噪声测试治具。图5为共模噪声测试的实物连接图。

图5 共模噪声测试

在实际测试中，为了比较原输入信号与经过测试治具的信号，通过功分器平均输入到测试治具和示波器的通道2。外部输入信号为100KHz、20VPP、占空比50%的三角波，通过同轴电缆输入到测试治具再通过同轴电缆连接到示波器的通道1。示波器端设置为边沿触发且触发信源的CH2并开启CH1和CH2的峰峰值测量。为体现不同变压器共模噪声的差异，我们测试了60组变压器。在测试过程中，发现共模信号跟原信号有180度的相位延迟，这是因为信号经过等效电容后，电流超前于电压180度造成的。图6为示波器设置及实际测量结果，表1为60组共模噪声测量结果。

图6 共模噪声测量

表1 60组变压器测试结果

图7 共模噪声测试

为证明该测试方法的有效性，我们所选取的60组变压器，在充电器成品中的共模电压已测定，即表中共模噪声项。通过充电器共模噪声趋势与变压器的共模噪声趋势相比较，两者确实有相似的趋势，从而验证此方法的有效性。相同型号且同一批次变压器共模噪声应该相差不大。从上表可以看出，相同变压器的共模噪声是不一样的但大部分处于相对固定的范围内。

共模噪声超过一定的范围就会对产品造成干扰，从而影响产品品质，因此必须控制共模噪声。虽然共模噪声理论上无法直接分析得出但可以通过实测与其与连的分压电阻的电压大小来判断变压器的质量，因此可以使用此方法对变压器进行筛选，从而提高充电器品质。