開關(guān)變壓器伏秒容量的意義

開關(guān)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(guān)電源中，當施加于開關(guān)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(guān)變壓器也要損壞，并且還會損壞電源開關(guān)管，及其它電路元件。

開關(guān)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(guān)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(guān)變壓器正常工作時伏秒容量的面積。

不過這里還應(yīng)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(guān)變壓器時，最好讓流過開關(guān)變壓器線圈的最大工作電流約等于圖2-55中 ，或者讓開關(guān)脈沖的寬度約等于 。

當流過開關(guān)變壓器線圈的最大工作電流等于圖2-55中Ib 時，開關(guān)變壓器線圈的電感量為最大值Lmax ;在此種情況下，開關(guān)變壓器的工作效率最高，因為，此時開關(guān)變壓器鐵芯損耗與開關(guān)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(yīng)強度增量的平方成正比;渦流損耗與磁感應(yīng)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(guān)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(guān)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(yīng)強度Bs一般為4500～5000高斯，因此，由圖2-55可以看出，開關(guān)變壓器鐵芯的最佳磁感應(yīng)強度Bb大約為磁飽和磁感應(yīng)強度Bs的一半左右，即：Bb = 2300～2500高斯。因此，當使用(4)式對開關(guān)變壓器初級線圈進行計算的時候，公式中最大磁感應(yīng)強度Bm的取值，最好不要超過2500高斯。

由于開關(guān)變壓器鐵芯磁飽和磁感應(yīng)強度Bs參數(shù)的分散性，用什么方法，我們才能知道開關(guān)變壓器的鐵芯正好就工作于最佳磁感應(yīng)強度Bb的位置上呢?或者我們拿到一個開關(guān)變壓器，到底應(yīng)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(guān)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(guān)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(guān)變壓器伏秒容量測量方面的知識。

開關(guān)變壓器的伏秒容量

伏秒容量是開關(guān)變壓器的一個極其重要的參數(shù)，但很多人在設(shè)計開關(guān)變壓器的時候都把這個重要參數(shù)忽視了。很多人在設(shè)計開關(guān)變壓器的時候，都是根據(jù)開關(guān)電源的工作頻率和輸出功率來計算開關(guān)變壓器的初級線圈電感量，而在實際應(yīng)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(guān)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(shè)計出來的開關(guān)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(guān)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(guān)電源變壓器的工作原理圖，由于反激式開關(guān)電源在開關(guān)接通期間，變壓器只存儲能量，不輸出功率，因此，在開關(guān)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(guān)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(guān)變壓器初級線圈的電感量的。

開關(guān)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(guān)變壓器初級線圈。LT的電感量必須遠遠大于被測開關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)變壓器線圈中迭加一直流電流，讓開關(guān)變壓器鐵芯進行磁化，然后，對開關(guān)變壓器的電感量進行測量，從而間接測量開關(guān)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(guān)電源變壓器所對應(yīng)的伏秒容量VT值。

開關(guān)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(yīng)值。

知道了開關(guān)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(guān)，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(yīng)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(yīng)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(guān)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。