注入变压器入门（二）：6大应用场景

注入变压器凭借其独特的电气特性，在多个领域发挥着重要作用，以下是其主要应用场景：

1、电源环路稳定性分析

注入变压器被广泛应用于开关电源和DC-DC转换器的环路稳定性分析中。通过向电源控制回路注入已知幅度和频率的小信号（一般是正弦波），然后测量电源输出端的响应信号，绘制波特图（Bode Plot），从而分析电源的环路增益、相位裕度和增益裕度等关键稳定性指标，从而确保电源系统在各种工作条件下的稳定性；在闭环DC-DC转换器网络分析中，注入变压器允许测试设备在不破坏系统控制环路的情况下，向系统注入测试信号，进而分析系统的频率响应特性。这对于优化电源设计、防止振荡和提高系统可靠性至关重要

2、阻抗特性测量

阻抗特性测量是评估电源分配网络(PDN)和电源系统性能的关键手段，通过注入变压器可实现精确的阻抗参数获取。

a. 输出阻抗测量：采用3端口阻抗测试法，注入端(INS)连接到电源输出端，参考端(REF)连接到地，响应端(OUT)连接到被测节点。

b. 输入阻抗测量：线性注入器（如海洋仪器给您推荐的J2120A、J2121A）与电流探头配合使用，测量电源的输入阻抗。

3、电源抑制比(PSRR)测试

电源抑制比(PSRR)是衡量电源对输入电压波动抑制能力的重要指标，直接影响电源的噪声性能和信号完整性。

测试原理：在电源输入端注入已知幅度的小信号正弦波，测量电源输出端的响应信号幅度，计算PSRR值：

其中Vin为注入信号幅度，Vout为输出端响应信号幅度。

传统注入变压器在直流偏置下易饱和，无法准确测量高偏置下的PSRR;需要小信号注入以避免电源进入非线性区。使用线性注入器（如海洋仪器推荐的J2120A），支持高达50VDC的直流偏置，保持线性响应；注入信号幅度控制在50mVpp(-20dBm)以下，确保测量结果的准确性。

4、变压器绕组故障诊断

变压器绕组故障诊断是电力系统维护的重要环节，注入变压器可通过频响分析检测绕组变形、短路等故障。

测试原理：向绕组注入特定频率电信号（如高频正弦波或高斯脉冲信号）;信号沿绕组传播，受电极间距、卷绕方式、层数、铁芯磁力线影响发生变形;部分信号从反射点返回，形成反射波，通过分析反射波与注入信号的差异判断绕组状态。

测试方法：

a.在线监测：无需停机，通过套管末屏注入信号，利用线圈检测输出信号，构建传递函数分析绕组变形;

b.离线检测：停电状态下对变压器绕组进行全面检测，获取完整频响曲线。

5、瞬态负载阶跃测试

瞬态负载阶跃测试是评估电源在负载突变时响应特性的关键方法，能够揭示电源系统的瞬态稳定性和动态性能。

测试原理：使用任意波形发生器与电流注入器配合，产生快速变化的负载电流阶跃;高速示波器捕获输出电压的瞬态响应，分析过冲、下冲幅度和恢复时间。

测试要求：注入信号需具有快速上升/下降时间（如20ns级）;负载阶跃幅度需根据电源规格设置，通常为满载电流的50% - 100%.

6、电磁兼容性(EMC)测试

注入变压器在EMC测试中也发挥着重要作用。通过向被测设备注入特定频率和幅度的干扰信号，可以评估设备的抗干扰能力和电磁发射特性。这对于确保电子产品符合电磁兼容标准至关重要。