開關變壓器伏秒容量的測量詳解

開關變壓器伏秒容量的意義

開關變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax參數(shù)，其實與晶體管的最大集電極電壓BVceo參數(shù)一樣重要。在晶體管放大電路中，當晶體管集電極與發(fā)射極兩端的電壓超過最大集電極電壓BVceo時，晶體管就會被擊穿損壞。同樣，在開關電源中，當施加于開關變壓器的伏秒容量(電壓幅度與時間長度)超過極限伏秒容量VTmax時，開關變壓器也要損壞，并且還會損壞電源開關管，及其它電路元件。

開關變壓器伏秒容量的意義相當于圖2-56中斜線為界的矩形面積，決定面積大小的兩條邊分別由開關變壓器的工作電壓(直流脈沖幅度)V和持續(xù)通電時間T(脈沖寬度)的乘積組成。其極限伏秒容量VTmax相當于以Vmax為一條邊與τmax為另一條邊所構(gòu)成的面積，灰色區(qū)域部分相當于開關變壓器正常工作時伏秒容量的面積。

不過這里還應強調(diào)指出，只要伏秒容量的面積沒有超出極限伏秒容量的面積，V或T任何一條邊分別都可以超出圖2-56中所示的V或T邊上的Vmax和τmax的長度。

結(jié)合圖2-55和圖2-56，我們可以看出，使用開關變壓器時，最好讓流過開關變壓器線圈的最大工作電流約等于圖2-55中 ，或者讓開關脈沖的寬度約等于 。

當流過開關變壓器線圈的最大工作電流等于圖2-55中Ib 時，開關變壓器線圈的電感量為最大值Lmax ;在此種情況下，開關變壓器的工作效率最高，因為，此時開關變壓器鐵芯損耗與開關變壓器線圈損耗的乘積最小(磁滯損耗與勵磁電流的大小成正比，還與磁感應強度增量的平方成正比;渦流損耗與磁感應強度增量的平方成正比;銅阻的損耗與導線的長度成正比);并且，開關變壓器的伏秒容量VTb與極限伏秒容量VTmax還有很大的安全距離。

目前，一般開關變壓器都大量選用鐵氧體磁芯為鐵芯材料，這種鐵氧體磁芯的磁飽和磁感應強度Bs一般為4500～5000高斯，因此，由圖2-55可以看出，開關變壓器鐵芯的最佳磁感應強度Bb大約為磁飽和磁感應強度Bs的一半左右，即：Bb = 2300～2500高斯。因此，當使用(4)式對開關變壓器初級線圈進行計算的時候，公式中最大磁感應強度Bm的取值，最好不要超過2500高斯。

由于開關變壓器鐵芯磁飽和磁感應強度Bs參數(shù)的分散性，用什么方法，我們才能知道開關變壓器的鐵芯正好就工作于最佳磁感應強度Bb的位置上呢?或者我們拿到一個開關變壓器，到底應該取多大的脈沖寬度，以及占空比，或者工作頻率，才合理呢?

這個必須通過對開關變壓器伏秒容量的測量，才能最后作出決定，同時還可以檢查開關變壓器鐵芯氣隙長度留得是否合適。接下來隨小編詳細了解開關變壓器伏秒容量測量方面的知識。

開關變壓器的伏秒容量

伏秒容量是開關變壓器的一個極其重要的參數(shù)，但很多人在設計開關變壓器的時候都把這個重要參數(shù)忽視了。很多人在設計開關變壓器的時候，都是根據(jù)開關電源的工作頻率和輸出功率來計算開關變壓器的初級線圈電感量，而在實際應用中，這種方法有很大的局限性，因為變壓器鐵心的導磁率并不是一個常數(shù)，它的初始導磁率和有效導磁率相差非常大，即變壓器線圈的靜態(tài)電感量和動態(tài)電感量相差很大。如圖1所示，圖中，B為變壓器鐵心的初始磁化曲線，為導磁率變化曲線，為勵磁電流。

另外，單端磁化開關電源變壓器一般都需要留氣隙，氣隙的大小對變壓器線圈的電感量影響非常大，因此，有人通過調(diào)整氣隙的長度來調(diào)整變壓器線圈的電感量，顯然這中方法是錯誤的。用這種方法設計出來的開關變壓器，不是容易出現(xiàn)磁飽和就是初、次級線圈漏感過大，使開關管過流或過壓損壞，并且還容易產(chǎn)生EMI干擾和降低工作效率。

圖2反激式開關電源變壓器的工作原理圖，由于反激式開關電源在開關接通期間，變壓器只存儲能量，不輸出功率，因此，在開關接通期間，圖2電路可以等效成圖3電路。

在圖3電路中，當開關接通時，電源E對電感L1進行充磁，并產(chǎn)生勵磁電流i1，如果把L1看成是一個常數(shù)，則i1由下式表示：

很多人就是根據(jù)(2)式和(3)式來確定開關變壓器初級線圈的電感量的。

開關變壓器伏秒容量的測量

圖中，M為電感測試儀，LT為隔離電感，I為電流源，LX為待測開關變壓器初級線圈。LT的電感量必須遠遠大于被測開關變壓器初級線圈的電感量，但如果電流源I是一個理想的恒流源，那么隔離電感LT可以省去。

開關變壓器的伏秒容量可以用直流迭加法來測量，圖7是一個對開關變壓器進行伏秒容量進行測試的原理圖。

電流迭加法就是在開關變壓器線圈中迭加一直流電流，讓開關變壓器鐵芯進行磁化，然后，對開關變壓器的電感量進行測量，從而間接測量開關變壓器線圈的最大伏秒容量VTm。VTm的定義是，當?shù)又绷鱅使電感LX的電感量減小到初始值L0的0.9倍時，開關電源變壓器所對應的伏秒容量VT值。

開關變壓器的最大伏秒容量VTm由下面公式求得：

式中：Im為使電感LX的電感量減小到初始值L0的0.9倍時迭加直流的對應值。

知道了開關變壓器的最大伏秒容量，就可以確定變壓器的最高工作電壓Vm和最大脈沖寬度Ton。

從(10)式還可以看出，由于Im與Lx的值都與變壓器鐵芯的氣隙長度有關，因此，它們?nèi)咧g必然有一個最佳值。這個最佳值我們通過測試幾個樣品很容易就知道。

此測試方法有一定的正交性質(zhì)，因此，相對來說，試驗結(jié)果會更準確和更科學。正交性就是所得結(jié)論和試驗是沿著兩個不同方向進行。

(9)式中E可取輸入電壓的最大值，τ取值可根據(jù)輸入電壓為最大值時對應的最小占空比Dmin和工作頻率F求得。求最大伏秒容量VTm時，應把τ值換成τx，一般取τx = 1.43τ。

圖9是測試最大伏秒容量時，迭加直流Im，與平均工作電流Ia、半波平均電流Iaτ1、半波最大電流Imτ1各者之間的關系。

從圖中可以看出，當D=0.5時，迭加直流Im是平均工作電流Ia的5.4倍，如果在此工作狀態(tài)下，初級線圈的電流密度為3A/mm2，則測試電流的密度為16.2A/mm2，因此，在測試過程中變壓器初級線圈一般都發(fā)熱，這正好也是校驗初級線圈電流密度取得是否合適的方法。