在高频变压器设计中，对寄生元件的细致管理对于确保变换器效率至关重要。寄生自电容和漏电感在与开关损耗、电磁干扰和谐振问题相关的电力电子学中非常重要。
本文探讨了从U型到蛇形及三维成型扇形绕组等特定匝道进程如何影响磁性元件的寄生特性。
寄生自电容指的是绕组结构中储存的电场能量，由方程E = CV控制2/2.因此，自电容依赖于相邻导体或层之间的电压电位差。绕组方案决定了该势分布。
将匝位与电位差大相邻的结构，会带来更高的静电能量储存和有效电容。另一方面，最小化相邻匝道或层之间电压梯度的架构，其寄生电容更低。
其中一个关键区别在于标准的非交织绕组方法。它们以不同的方式管理层与层之间的转换，这意味着它们表现出不同的电容行为。
图1的方案A中的U型进阶包括完成一整层（例如第1至4回合），然后在上一层末端上方开始下一层（例如第5回合位于第4回合之上）。
图1。线绕匝进阶比较：（A）U型，（B）Z型，（C）分段式，（D）银行（渐进式）结构，展示了层填充与电压梯度之间的权衡。（图片来源：IEEE)
这种配置在过渡点产生较高的电位差，因为第一层的末端（相对于起始的高电位）物理上与第二层起始相邻。这种变化会导致陡峭的电压梯度，从而获得比其他标准方案更高的静电储存能量和更高的自电容。
在图1的方案B中，Z型进度中，线材会穿过梭芯，使得第二层从第一层起点正上方开始（例如，第5弯位于第1圈之上）。
这种布置允许相邻层之间的电势差更为一致。此外，模拟表明层间的能量密度低于U型构型，导致自电容降低。
通常使用截面（方案C）和银行（方案D）绕组，通过改变绕组结构上的电压梯度来最小化电容。如图1的方案D所示，该方法采用垂直、反倾角的渐进，即匝道立即叠加在前一匝上，而不是先填满水平层。
关键在于该架构最小化物理相邻匝数之间的电压差。通过有限元分析（FEA）进一步观察，方案D在层间存储的静电能量更少。例如，比较研究表明，银行绕组可实现测量到低至1.3 pF的自电容，而标准U型绕组仅为28 pF。
截面绕组方案将绕组划分为物理上分离的部分（例如，1–2匝与3–4圈之间由介质壁分隔）。将总绕组电压划分为分离段，可以降低任一段的有效电压势。换句话说，这导致自电容低（例如测量为4.2 pF），使其在高压应用中非常有效。
虽然方案A、B、C和D作为简单的初级/次级叠加实现时，可以隔离绕组以管理电容，但这种物理分离增加了绕组间空间中储存的静磁能。这构成了泄漏通量。
因此，非交织设计通常表现出更高的漏电感。例如，标准U型设计（W1）可能测量到550 nH的漏电感。
为减少漏感，工程师常使用交织结构。交织可最小化MMF峰并改善磁耦合，从而降低漏电感，达到同样的目的。然而，绕组距离越近，通常会使组组间电容增加。
LLC谐振变换器中的平面变压器由于平面绕组表面积较大，面临寄生电容的挑战。交错蛇形缠绕法（见图2（e）和（f））展示了这个问题。
图2。交织蛇形绕组法（e和f）的横截面，显示层间垂直交替，以最小化电位差和
。（图片来源：IEEE)
与U型平面绕组不同，后者在完成一层后再进入下一层，蛇形法采用水平螺旋结构，上下层垂直交替排列。
电容降低：交替层（例如，底部的第1圈连接到顶部的第2圈）使相邻垂直转弯之间的电势差降低到大约V/n（n为匝数）。
电感降低：值得一提的是，实验数据表明蛇形绕组可实现较低的漏电感（0.07 μH），相较于U型平面绕组（0.54 μH），同时降低有效电容。
环面变换器在优化方面带来了具体的几何挑战。图3展示了3D打印聚乳酸（PLA）模具的研究，展示了一种同时管理电容和电感的方法。
图3。采用3D打印PLA模具的改良环形变压器设计，物理隔离次级绕组与初级绕组，形成180°扇形配置。（图片来源：MDPI)
使用PLA模具时，该架构覆盖了次级绕组，初级绕组以180°扇形结构绕过模具。
电容，即模具提供介电屏障和物理距离，约降低87%的绕组寄生电容（约~20 pF）。
电感，正如标准理论所说，物理间距通常会增加漏感。然而，这种改良设计允许增加初级绕组的平均匝数。因此，这一几何变化相比传统设计实现了可测量的漏感降低。
匝数的进展是变压器制造中一个重要的设计变量。银行（方案D）和分段（方案C）绕组电容较低，但在非交织结构中可能表现出更高的漏电感。在平面应用中，蛇形法有效减少了这两个参数。此外，对于环形应用，3D打印模具实现扇区绕组几何形状，抑制电容和漏电感，使高频逆变器工作更高效。
