【導(dǎo)讀】很多設(shè)計(jì)師將許多設(shè)計(jì)中的變壓器當(dāng)成是“普通”電阻一樣看待。他們只是選擇一種能夠滿足電路需要的器件，即利用兩個(gè)繞組之間的互感來將電能從一個(gè)電路轉(zhuǎn)換到?jīng)]有直接電氣連接的另一個(gè)電路，同時(shí)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必要的隔離電壓要求。但對變壓器來說作用遠(yuǎn)不止這些。
很多設(shè)計(jì)師將許多設(shè)計(jì)中的變壓器當(dāng)成是“普通”電阻一樣看待。他們只是選擇一種能夠滿足電路需要的器件，即利用兩個(gè)繞組之間的互感來將電能從一個(gè)電路轉(zhuǎn)換到?jīng)]有直接電氣連接的另一個(gè)電路，同時(shí)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必要的隔離電壓要求。但對變壓器來說作用遠(yuǎn)不止這些。
在今年的APEC會(huì)議上，我有幸采訪了Bicron Electronics公司的營銷總監(jiān)Kevin Bradley。這家公司是一家位于美國康乃迪克州的高可靠性定制磁性器件的制造商。他們最近宣布他們的VoltBoss無電暈變壓器產(chǎn)品線取得了重大改進(jìn)。為什么無電暈很重要呢？
首先，大多數(shù)工程師在聽到電暈這個(gè)術(shù)語時(shí)想到的是高壓傳輸線。你聽說過電暈起暈(Corona Bloom)嗎？——它是一種有害的局部放電效應(yīng)，是導(dǎo)致磁性器件發(fā)生故障的主要原因。Bicron公司開發(fā)的新一代VoltBoss變壓器旨在消除高達(dá)4.5kV電壓的電暈故障(電介質(zhì)擊穿)，而它的外形尺寸令人驚訝——只有1平方英寸。
許多設(shè)計(jì)師經(jīng)常錯(cuò)誤地認(rèn)為這種現(xiàn)象只與大的高壓磁性器件有關(guān)，但在低至300V的工作環(huán)境中，只要設(shè)備必須在整個(gè)生命期——通常幾十年內(nèi)可靠工作，那么這種現(xiàn)象對設(shè)備中使用的較小磁性器件來說同樣重要。
電暈是由于電極/導(dǎo)體周圍的介質(zhì)(通常是空氣)電離引起的。它是電壓及周邊的相對濕度和空氣密度的函數(shù)。在一個(gè)絕緣系統(tǒng)中，若電壓超過某個(gè)臨界值，便會(huì)引起氣體電離，進(jìn)而產(chǎn)生局部放電，并引發(fā)電暈。這個(gè)電壓臨界值以前都假設(shè)是大約1kV，但在實(shí)際應(yīng)用中它甚至可以低至300V。
電暈起始電壓指的是，當(dāng)施加的電壓逐漸升高時(shí)，發(fā)生規(guī)定脈沖幅度的連續(xù)電暈時(shí)的最低電壓。電暈起始電壓隨著所加電壓頻率的增加而下降。電暈可能在低至300V的應(yīng)用中發(fā)生。
電暈熄滅電壓是指，當(dāng)施加的電壓從高于電暈起始電壓值逐漸下降時(shí)，規(guī)定脈沖幅度的連續(xù)電暈不再發(fā)生時(shí)的最高電壓。因此一旦開始發(fā)生電暈，電壓必須降下來才能讓電暈消失。
電暈不僅僅是電場的函數(shù)。它取決于電極/導(dǎo)體的表面和曲率半徑，也取決于相距導(dǎo)體/電極的電場的衰減率。因此，表面具有最小電場的導(dǎo)體并不是顯而易見的方案。
導(dǎo)體的表面條件是一個(gè)重要因素。諸如灰塵、毛刺、劃痕和潮濕等表面不規(guī)則問題都會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)電暈效應(yīng)。 Bicron公司最新的變壓器平臺的外形尺寸只有2立方英寸多點(diǎn)，重量只有2.5盎司，它可以達(dá)到＜10pC@4.5kV的極低等級的局部放電規(guī)范。
這款變壓器的制造工藝、專利材料和設(shè)計(jì)在盡量減少量產(chǎn)變壓器的局部放電方面確保了一流的性能，Kevin Bradley告訴我。這種技術(shù)可以確保不發(fā)生因?yàn)椴涣荚O(shè)計(jì)、劣質(zhì)材料以及偶然的內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量而引起的現(xiàn)場故障。局部放電被認(rèn)為是一種并不通過絕緣系統(tǒng)陰極和陽極之間路徑的放電。Bicron公司指出，電暈是當(dāng)電壓等級增加到一個(gè)足以形成“電暈起暈”的水平時(shí)局部放電的進(jìn)一步發(fā)展，這將嚴(yán)重威脅磁性器件本身以及采用磁性器件的系統(tǒng)的工作。
據(jù)Bradley透露，VoltBoss變壓器已經(jīng)在一些重要的美國用戶和海外OEM廠商那里得到了現(xiàn)場應(yīng)用，并且經(jīng)過數(shù)千次的循環(huán)測試都沒有發(fā)現(xiàn)問題。VoltBoss技術(shù)可以在極小的平臺上達(dá)到200VA的額定功率、250V的輸入電壓、低于5pC的局部放電指標(biāo)，并采用板載單元和更大的環(huán)形線圈組件實(shí)現(xiàn)。
在參觀過Bicron公司在對變壓器做什么，特別是他們是如何教育設(shè)計(jì)人員有關(guān)這些可能影響系統(tǒng)可靠性和功能但有時(shí)卻被忽視的現(xiàn)象時(shí)，我對變壓器有了一個(gè)全新的深刻認(rèn)識。
