简单易用的自定义变压器仿真

2024.06.25

一、什么是变压器？

电源设计在现在的硬件产品设计里是绕不开的课题。在前面的文章中，我们已经探讨过几种DCDC转换器，今天我们来探讨另一个低损耗的升降压方案：变压器。

变压器是一种用于改变交流电压的电路电磁构成部分。它可以在保持功率基本不变的情况下，通过电磁转换，将一种交流电压转换为另一种交流电压。

二、变压器的应用

在电力系统中，变压器广泛用于电压的升高或降低。它可以用于电气隔离，能显著提高系统安全性，减少电击风险；变压器的使用也实现了接地系统分离，可以有效抑制共模噪声；提供了直流隔离，保护了敏感电路；在隔离的同时也实现了电压转换和阻抗匹配；限制了故障传播范围，提高了系统可靠性；改善了电磁兼容性，有助于满足EMC要求；支持多重绕组应用，适应复杂系统需求；还可用于信号耦合、相位调整和谐波抑制等特殊应用。这些优势使变压器在电力、工业、医疗、通信等领域成为不可或缺的关键组件，为现代电气系统的安全、效率和可靠性提供了坚实保障，极大地推动了现代电力系统的发展。

三、变压器的工作原理

变压器的工作原理基于电磁感应定律。它的电磁结构由两个或多个线圈绕在同一个铁芯上构成。在实际结构中，会有用于绕组之间和绕组与铁芯之间的绝缘材料，外壳与冷却系统。由两个绕组构成的变压器示意图如下图所示：

当交流电流通过初级线圈时，会在铁芯中产生交变磁场。这个交变磁场又会在次级线圈中感应出电压。通过调整初级和次级线圈的匝数比，可以得到不同的输出电压。通常变压器不止一条回路,比如单相变压器有两条回路,而三相变压器则有6条回路。

不同的变压器的铁芯，绕组材料有诸多不同。巨霖科技的 PowerExpert 支持简单灵活的自定义变压器搭建。使用绕组(Winding)，磁芯(Core)或非线性磁芯（NolinearCore)、绕组绑定(K_Magnatic)器件可搭建自定义变压器。其中理想磁芯支持设置磁导率，横截面积与长度，非线性磁芯支持设置形状参数，磁畴壁弯曲常数，磁滞损失系数，饱和磁化强度等系数。磁芯与绕组通过绕组绑定器件设置为属于同一个变压器。

四、巨霖 PowerExpert 实际应用

仿真案例分析:

使用巨霖科技的 PowerExpert 软件搭建一个简单的自定义变压器，其中绕组一匝数为5，绕组二匝数为10，如下图：