电感绕组的分布电容，并非一无是处
品慧电子讯所有电感，包括变压器，都是铜线或者其它金属导线一匝一匝绕成的。所有电感，都具有分布电容，区别仅仅在于分布电容的大小而已。
所有电感，包括变压器，都是铜线或者其它金属导线一匝一匝绕成的。所有电感，都具有分布电容，区别仅仅在于分布电容的大小而已。
图(01)是个单层绕组(也称线圈)示意图。
图(01)
图(02)是图(01)的剖面图。图中可见，该绕组(假定)有 30 匝，第 1 匝在左，一匝一匝向右密绕。这种绕法，通常叫做单层平绕。
图(02)
图(02)中每匝与其相邻匝之间都具有分布电容，30 匝就有 29 个电容，这些分布电容构成串联关系，如图(03)所示。必须说明：第 01 匝与第 03 匝之间也有电容，但此电容由于第 02 匝的存在，是非常小的，远远小于相邻两匝之间的分布电容，可以忽略。所以，单层平绕这种绕法的分布电容相当小。
图(03)
如果绕组匝数比较多，一层绕不下，那就不可避免地要绕多层。最简单的多层绕法是绕到一端后，从此端往回绕。如图(04)，向右绕完 30 匝，然后再向左平密绕 30 匝，绕到起点。
图(04)
这种绕法通常叫做多层平叠绕。
我们来分析分析多层平叠绕的分布电容。
如图(05)所示，两层导线之间也存在分布电容。第 60 匝与第 01 匝之间具有分布电容，第 59 匝与第 02 匝之间也存在分布电容……斜向位置的两匝导线如第 60 匝与第 02 匝之间也存在较小的分布电容(但比图 03 中第 01 匝与第 03 匝之间的分布电容要大不少)，图中没有画出来。
图(05)
图(05)中，特别将第 60 匝与第 01 匝之间的分布电容标注为 C。
虽然图(05)中第 01 匝与第 60 匝之间的分布电容和第 30 匝与第 31 匝之间的分布电容相同，但是，流过图中分布电容 C 的电流却与第 30 匝与第 31 匝之间分布电容的电流不一样。第 30 匝与第 31 匝之间的分布电容上面的电压是 1 匝的电压，而第 01 匝与第 60 匝之间的分布电容 C 上面却是 60 匝的电压，所以流过分布电容 C 的电流要比流过相邻两匝之间的分布电容的电流大得多。
和图(03)相比较，如果其它条件都相同(线圈直径、导线直径、绝缘层厚度……等等)，图(05)中两层平叠绕绕组的分布电容比图(03)中单层平绕绕组的分布电容要大得多，至少是图(03)绕组的几十倍(不小于 30 倍)。
如果导线比较细而且匝数比较多，两层还绕不下，需要绕更多层(小功率工频变压器原边就是这样)，那么绕组的分布电容会更大。
某些开关电源，例如要求输出的直流电压很高但电流很小(例如要求输出 3kV10mA)的单端反激开关电源，电路就像图(11)，但对输出电压电流要求不同，其变压器副边匝数就很多而且用线比较细。对这样的变压器，多层平叠绕法的分布电容就嫌太大了。如果用多层平叠绕法，很可能输出直流电压达不到按照匝数比计算的数值，因为变压器副边绕组分布电容把相当一部分电流短路掉了。
图(06)
图(06)的绕法比图(05)要好。图(06)的绕法是：向右绕完第 1 层后，把导线拉到始端继续向右绕。这种绕法，因为第 31 匝与第 01 匝之间电压比图(05)中第 60 匝与第 01 匝之间电压要小，所以流过第 31 匝与第 01 匝之间分布电容的电流要比图(05)中分布电容 C 中电流要小。两层绕线分布电容又是串联的，所以这种绕法电感两端总的分布电容比较小。
另一种绕法是乱叠绕，也就是导线不是一层一层绕平整，而是互相交叉地绕。乱叠绕不必一圈一圈排整齐，比较方便。乱叠绕分布电容比平叠绕要小，但是因为导线有交叉，同样直径同样匝数，占用的窗口面积比平叠绕要大。
图(07)所示绕法分布电容更小。图(07)按照导线数字顺序是这样绕的：绕两匝(或者三匝)就把导线退回到始端，第 03 匝和第 04 匝叠绕在第 01 匝和第 02 匝上，然后第 05 匝和第 06 匝绕在第一层。以后依次类推。不过，这种绕法即使是经验丰富的老手，也很难绕平整，太难绕了。而且，如果需要叠 10 层那么高，宽度却限制在平绕 5 匝，非常难绕出来——叠那么高，不到 10 层就倒了。
图(07)
不过没关系，我们把绕线骨架分成若干格，每格宽度限制在很小，绕满一格后把导线拉到下一格继续绕，就可以叠得相当高，宽度却很小。
如图(08)所示，假定我们需要绕 340 匝，骨架有 4 格，我们可以在第 1 格绕 85 匝，然后导线拉到第 2 格继续绕 85 匝……直到把 4 格绕完。绕组的一头一尾恰在对角线位置。
这种分格绕法实际上不可能平绕，都是在每格里面乱叠绕。
分格绕法的分布电容相当小，而且绕组的一头一尾距离远，每格内两层导线之间绝缘承受的电压比较小，特别适宜高电压小电流的绕组。
图(08)
图(09)就是这样一种骨架。左边有两格，格宽比较大。两格之间隔板有缺口，用于将导线从一格拉到另一格。中间是特别窄的四格，右边是比中间稍宽的六格。这种骨架就是专门用于分格绕法而制作的，特别适宜要求高电压小电流同时要求低分布电容的绕组。
图(09)
图(10)是老式显像管电视机的行输出变压器骨架，共分成 11 格。电视机显像管需要高达 20kV 甚至更高的直流电压，但电流相当小，连 1mA 都不到。如果不是采用这种分格绕法，根本不可能输出这么高的电压。一来导线的绝缘成问题，二来分布电容将使电压降落太多。
图(10)
如果电压不是很高，分布电容是否就不重要？
分布电容会使电感的感抗减小，因为分布电容等效于与电感并联一个电容，而分布电容的容抗和电感的感抗会互相抵消。所以，电压不是很高情况下，分布电容仍然重要，我们总是希望分布电容尽量小。
图(11)是个反激开关电源的电原理图。开关电源通常在交流市电输入处有个“共模电感”，用于防止开关电源产生的强烈干扰传输到交流市电线上，如图(11)中红色方框所示。
图(11)
图(12)借用网友 zxhcdm《学做反激开关电源》一帖中的照片。图中左边红色箭头所指就是一个共模电感。可以看出：共模电感是在一个铁芯上绕了两个匝数相同的线圈。两个线圈同名端应该联接成对共模信号呈现高阻抗，但对差模信号没有影响。
图(12)
图(11)中共模电感和与其联接的电容如图(13)。
图(13)
图(13)中并未画出绕组的分布电容。如果把绕组的分布电容等效于与绕组并联的一个电容，画出来就是图(14)中红色电容。很明显，红色电容如果数值较大，频率很高时，甚至可能使共模电感的感抗减小很多，必然会影响共模电感对共模信号的抑制作用。这可能会使开关电源 EMI 超出指标。
图(14)
普通共模电感结构如图(15)，是两个绕组乱叠绕在骨架的两格中。图(12)照片中共模电感就是这样的。
图(15)
而图(16)共模电感的结构，是将每个绕组分别绕在骨架的两格中。我们已经知道，分格绕法可以减少分布电容。所以图(16)绕组的分布电容要比图(15)那种绕组的分布电容小。
当然，图(16)共模电感结构稍复杂，窗口利用率也稍小，成本有可能稍高。我们在使用共模电感时，应该综合考虑。
图(16)
图(17)这种共模电感更特殊。它是用漆包扁铜线立起来单层绕制的，这样绕制，可以在尽可能短的长度内比圆铜线绕更多匝数。我们已经在图(03)中说明：单层平绕这种绕法的分布电容相当小。所以，图(17)这种共模电感的分布电容比图(16)那种更小。
不过，图(17)这样的共模电感，成本必定较高。还是那句话：我们在使用共模电感时，应该综合考虑。
图(17)
电感绕组的分布电容，也并非一无是处。前面已经说到过，分布电容可以等效为与电感并联的一个集中参数的电容。可以看出：电感和分布电容构成一个 LC 谐振回路。在某个频率上，电感和分布电容会发生谐振，此时回路中电压或者电流最大。倒底是电压还是电流，要看信号是如何引入的——是信号直接施加在电感两端，还是通过互感引入。某些情况下，例如滤波电路，利用这个特性，可以改进性能。不过，分布电容毕竟是分布参数，电感制造过程中分布电容数值的分散性相当大，要利用分布电容来提高电路性能，比较困难。
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