变压器是许多开关稳压器设计中的关键部件，在危险的高功率系统中提供隔离屏障，在高压设计中允许非常高的降压或升压比，并且(带有额外的绕组)易于容纳多个或反相输出。反激式、正激式和SEPIC变换器都使用变压器。本文将告诉您在LTspice/SwitcherCAD III仿真中添加变压器所需了解的内容。

关于LTspice/SwitcherCAD III

LTspice/SwitcherCAD III是一个功能强大的SPICE仿真工具，具有集成的原理图捕获。与许多其他免费模拟器不同，LTSpice是一种通用工具，不受限制。LTspice包括大多数线性技术的开关模式DC/DC转换器的模型，以及用于一般电路仿真的器件库，包括运放，比较器，线性稳压器和离散器。LTspice/SwitcherCAD III可在此免费下载。

将每个绕组画成电感

图1显示了基本技术。只需将变压器的每个绕组作为电感，并将电感与称为k声明的SPICE指令耦合(例如，“K1 l1 l2 1”。)

要添加指令，请从编辑菜单中选择SPICE指令。这允许您将文本放置在包含在SPICE网表中的原理图上。一旦电感器在k语句中被提及，LTspice就会使用带有可见相位点的电感器符号来指示每个绕组的相位。

设置变压器的匝数比只是选择正确的电感值的问题。记住，电感与匝数比的平方成正比。在上面的例子中，匝数比为1:3，电感比为1:9。

k语句的最后一项是互耦系数。这是在0到1的范围内，其中1表示电感之间的完美耦合(即无漏感)。在实际电路中，漏感通常是不需要的。例如，在用于存储能量的变压器中，例如在反激变换器中，漏感阻止二次变换器将一次变换器存储的能量全部带走。在非储能变压器中，漏电电感的阻抗会限制次级变压器屏蔽铁芯免受初级电流影响的能力，从而严格限制通过变压器转换的能量。无论哪种方式，泄漏电感都可能导致不希望的电压尖峰或振铃，从而导致对暂压电路及其相关能量损失的要求。我们稍后会回到漏感，但对于初始模拟，通过将互耦系数设置为1来忽略漏感更容易，而且通常足够。

多个辅助

当你有一个超过一个初级和一个次级的变压器时，你必须确保包括所有的互感。考虑一个有四个绕组的变压器;L1 L2 L3 L4。一个常见的错误是，对于这样一个有四个绕组的变压器，只添加三个相互耦合和三个独立的k语句:

K1 l1 l2 1
K2 l2 l3 1
K3 l3 l4 1

LTspice会告诉你这个变压器是不可能的，因为L1不可能完美地耦合到L2, L2不可能完美地耦合到L3, L1和L3之间没有一些耦合。是的，两个电感器可能没有互感，但与第三个电感器有一些耦合，但是它们与第三个电感器的耦合程度是有限的。LTspice分析相互耦合系数矩阵并确定耦合系数是否在物理上可实现。

四绕组的变压器通常有六个非零互感:

K1 l1 l2 1
K2 l1 l3 1
K3 l1 l1 1
K4 l2 l3 1
K5 l2 l4 1
K6 l3 l4 1

一般来说，有N个绕组的变压器的互感数为N·(N - 1)/2。请注意，数字随着N的平方而增长，就像每个单独绕组的电感与匝数的平方成正比一样。

手工排列所有的电感器名称来为每个互感产生单独的相互耦合语句是非常繁琐的，而且容易出错。一个更好的方法是使用一个单独的k语句，其中提到所有缠绕在同一磁芯上的电感，并让LTspice完成工作:

K1 l1 l2 l3 l4 1

LTspice理解这意味着所有这些电感通过相同的互耦系数相互耦合。图2显示了将四个绕组串联起来作为自耦变压器的变压器中使用的这种技术。

漏电感

为了考虑缓冲器设计或计算谐振开关变换器的换相时序，您可能需要模拟漏感的影响。有两种方法可以增加模型的漏感。你可以把额外的电感与绕组电感的引线串联起来——一种非常直接的方法——或者使用小于1的互耦系数。泄漏电感L(LEAK)与绕组电感L和耦合系数K的关系式为:

如果K接近于1，这两种方法在电上是等价的。

需要注意的是:当添加泄漏时，建模工作将显著增加，因为一旦在模拟中添加泄漏电感，您还需要对可能伴随其产生环的电容和限制环Q的损耗进行建模，以便在模拟效果和测量效果之间取得一致。出于这个原因，我通常建议在没有任何漏感的情况下开始模拟，然后如果您觉得需要调查变压器中由于漏感而导致的非理想行为，则稍后添加它。

结论

要在LTspice/SwitcherCAD III仿真中模拟变压器，只需将变压器的每个绕组绘制为单个电感。然后添加一个SPICE指令的形式K1 l1 l2 l3…1． 到原理图。基本上就是这样!

对于在SEPIC转换器中使用耦合电感的示例仿真文件，请访问LTC1871控制器的产品页面，并单击Simulate选项卡以获取准备运行的演示电路。