作为直流变换器核心器件的中频变压器，其漏感过大会给开关器件带来不可忽略的影响。在反激变换器中，开关器件关断的瞬间，漏感上存储的能量会被瞬间释放，此时开关器件两端承受尖峰电压，从而有可能导致开关器件损坏。

若能在反激变换器设计时降低变压器漏感，以减小开关管关断时的尖峰电压，则可对开关器件进行有效的保护。另外，在谐振直流变换器中，变压器漏感需要与谐振电容，电路工作频率相匹配，才能使电路工作在最佳谐振状态，以提高变换器的传输效率。为此，对变压器漏感进行准确的计算和控制对直流变换器的设计具有重要的指导意义。

目前，计算中频圆导线变压器漏感的计算方法主要分为两种：数值法和解析法。

数值法例如有限元仿真，在求解漏感时有足够高的精度，但是该方法会因施加激励的频率升高而导致计算时间过长，并且在变压器设计中不易灵活使用；解析法是一种考虑变压器磁心结构、绕组分布情况、绕组频率效应等因素以解析式计算变压器漏感的方法，并且便于工程师在制造变压器的过程中对漏感进行设计以达到漏感期望值。目前常用的解析法为磁场能量解析法，通过计算变压器窗口处的磁场能量来求解变压器漏感。

以磁场能量解析法提高圆导线变压器漏感计算精度是许多研究者一直在研究的内容。现在广泛使用的方法为Dowell的圆导线面积等效法，将圆导线等效为铜箔导线从而进行铜箔变压器漏感的计算。但是该方法没有考虑圆导线的频率效应，缺乏一定的理论基础，并且等效后使得变压器窗口处绝缘区域的面积计算不够准确，导致漏感计算结果偏大。

之后，有研究者针对利兹线变压器漏感计算提出了一种考虑导线频率效应的计算方法，这可类比进行圆导线变压器漏感的计算，但是这种类比方法忽略了匝间的不规则空隙，导致计算出来的漏感偏小。

为此，合肥工业大学科研人员提出一种更加准确的中频圆导线变压器漏感计算方法。该方法基于变压器窗口处的磁场分布和圆导线的频率效应，间接地将匝间不规则空隙的漏磁场能量计算在内，使得中频下圆导线变压器漏感的计算精度得以提高。

图1 实验设备展示

科研人员基于现有利兹线变压器漏感计算方法，可类比对圆导线变压器漏感计算进行圆导线频率效应分析，并在此基础上考虑了常被忽略的匝间不规则空隙处能量，以提高整体的变压器漏感计算精度。

他们通过对不同频率下变压器窗口处磁场分布的分析，得出圆导线变压器窗口处不同区域的磁场强度表达式及频率效应带来的影响，最终得出漏感的解析表达式。为了验证提出方案在不同孔隙率下的有效性，进行了相应的实验。

科研人员指出，实验证明所提出的方法相比现有方法可进一步提高漏感的计算精度，为后面扩展为大功率直流变换器中变压器的设计提供可靠的理论依据。

本文编自2021年第15期《电工技术学报》，论文标题为“中频圆导线变压器漏感的精确解析计算”，作者为光伏系统教育部工程研究中心（合肥工业大学）的尹浩、苏建徽 等。