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(wǎng)絡(luò)分析儀，但很少配備用于DC-DC轉(zhuǎn)換器閉環(huán)分析的注入變壓器。Agilent公司出售這種變壓器，作為測試設(shè)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(biāo)，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(shè)計變壓器時，最難的參數(shù)是帶寬。一方面，低頻性能需要更大的磁芯和更多的匝數(shù)，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(shù)。 幸好，電流變壓器適合大多數(shù)應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線自己繞制任意匝數(shù)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(jù)次級線圈的匝數(shù)提供一定的驅(qū)動電平。 由于構(gòu)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(wǎng)絡(luò)分析儀源電抗高，則給初級并聯(lián)一個50電阻，就可正確地端接網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(biāo)，則會導(dǎo)致磁芯飽和。PE-51687的初級伏秒積指標(biāo)為600V*ms (600ms，1V)。因此，驅(qū)動電壓也會限制低端頻率響應(yīng)。

　　高頻響應(yīng)受限于初級線圈中的電容。例如，PE-51687的高頻響應(yīng)可達(dá)5MHz，并在超出該頻率時出現(xiàn)一個峰(圖1)。注意到這個峰幅度很高(+15dB)，但在次級并聯(lián)22電阻可使其大幅度降低(圖2)。多數(shù)情況下，通過限制網(wǎng)絡(luò)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(yīng)，次級線圈的匝數(shù)為8。
 

　　圖2. PE-51687變壓器的頻率響應(yīng)，次級并聯(lián)22電阻。

　　圖1和圖2 (還有后面的圖5)所示的頻響圖是在網(wǎng)絡(luò)分析儀的信號源以0dBm驅(qū)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(jīng)受焊接時的高溫，適合用來進(jìn)行電路連接，用其它導(dǎo)線也是可以的)。由于匝數(shù)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(huán)路增益測量。[!--empirenews.page--]

　　在用注入變壓器測試閉環(huán)系統(tǒng)時，必須在某個點(diǎn)斷開環(huán)路。這個點(diǎn)對于網(wǎng)絡(luò)分析儀的A端口(圖3)必須有很低的反射阻抗，而對于R端口的反射阻抗必須高。這一點(diǎn)很重要，因為，如果超過交叉點(diǎn)后的閉環(huán)增益遠(yuǎn)小于一的話，變壓器注入的信號大部分將會出現(xiàn)在R端口上。 例如，如果R端反射阻抗僅為A端反射阻抗的9倍，那么，十分之一的信號將會出現(xiàn)在A端口上。

　　其余是分之九將出現(xiàn)在R端口，與真正的環(huán)路響應(yīng)無關(guān)。這種情況下，需要用緩沖器(例如FET探頭)來提高網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入阻抗，使之大于其固有的50。 很多情況下，環(huán)路增益測試允許網(wǎng)絡(luò)分析儀有50的負(fù)載，多數(shù)電源的輸出阻抗遠(yuǎn)低于50，因此，A端口上的負(fù)載問題不是很嚴(yán)重。但要小心不要過驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)分析儀的50輸入。多數(shù)分析儀限制最大輸入為5VRMS，若電壓過大將會損壞分析儀，隨之而來的修理費(fèi)用十分昂貴。FET探頭有-20dB的衰減，允許大多數(shù)分析儀無需使用隔直電容器即可測量高達(dá)50V電壓。 試驗裝置配置完成之后，應(yīng)確定適當(dāng)?shù)淖⑷胄盘栯娖健?/p>

　　對于網(wǎng)絡(luò)分析儀而言，較高的信號電平有利于降低背景噪聲的影響，但電源對于大幅度的注入信號的響應(yīng)可能是非線性的。在這種情況下，擺動速率、電流限制或限幅等因素可能會影響電路的行為。因此，建議使用比輸出紋波稍大一些的信號。 PE-51687的匝數(shù)比為100:8，很容易提供幅度超過大多數(shù)輸出紋波的信號。對于0dBm (224mVRMS)輸入，變壓器輸出為18mVRMS (50mVP-P)――非常合適的測試電平。網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出信號源可以調(diào)整注入電平。如果調(diào)解范圍不夠，還可以通過增加或減少次級匝數(shù)來調(diào)整驅(qū)動電平。

　　低頻工作時，Pulse Engineering公司的PE-51688具有200匝初級繞組，初級電感為80mH，可用信號頻率低至50Hz。它的伏秒積指標(biāo)為1200V*μs。對于高頻應(yīng)用，最好選擇50匝的PE-51686。對于更高頻率(高達(dá)100MHz)，可使用Rogowski線圈。

　　這種高帶寬電流變壓器的初級線圈每匝繞組上都并聯(lián)了內(nèi)部電阻，并且初級線圈和磁芯周圍有Faraday屏蔽。 并聯(lián)電阻乘以匝數(shù)得到非常接近理想的50阻值，每匝線圈上并聯(lián)一個電阻這樣使阻尼功能分布在整個變壓器內(nèi)。盡管很昂貴，但這種變壓器幾乎是無振鈴的，并且能輕易提供100MHz的信號(圖4)。圖5所示的網(wǎng)絡(luò)頻響圖代表一個50:1 (1V/A)的變壓器，次級為單匝線圈，由Pearson Electronics或Stangenes Industries Inc.提供。
 

　　圖4. Rogowski電流變壓器。
 

　　圖5. 1-V/A, 50:1 Rogowski線圈，單匝次級變壓器的頻率響應(yīng)。

　　電流感應(yīng)變壓器用作信號注入的主要局限在于其較差的低頻性能。大多數(shù)Bode圖在50Hz以下變得非常嘈雜，并且經(jīng)常超過80dB，它會延伸多數(shù)網(wǎng)絡(luò)分析儀上的噪聲極限。不過，多數(shù)DC-DC系統(tǒng)在50Hz以下工作得很好，并不需要分析。如果必須測量低頻，就必須采用一個更大磁芯或更多線圈的變壓器。這樣一來會增大變壓器的外形尺寸，不利于測試。還可以采用降低頻率上限的方法：如今大多數(shù)系統(tǒng)的交叉頻率遠(yuǎn)高于10kHz，非常適合PE-51687電流變壓器。