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开关变压器讲解之电源铁芯的设计风险(4)

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2012/1/11 10:06:38   

 关键词:  开关变压器 电源铁芯

因此,当第一个交流脉冲的正半周电压输入时,如果开关变压器的伏秒容量足够大,磁通密度B将会沿着这条新的等效磁化曲线b-h进行,由上次剩余磁通密度Br的位置开始向新的最大值Bh = Br+2Bm攀升。

但由于开关变压器的伏秒容量并不足够大到能保证磁通密度向新的最大值Bh线性增长,即:在实际磁化过程中,磁通密度并没有按新的等效磁化曲线b-h移动,而是按另一条新的磁化曲线b-g(实线)移动;在这条新的磁化曲线b-g上,磁通密度B不可能会被磁场强度H磁化达到新的最大值Bh = Br+2Bm,因为,磁通密度很早就出现饱和;不管磁场强度有多大,最大磁通密度只能磁化达到Bg值。

开关变压器铁芯出现磁饱和,意味着尽管变压器初级线圈中的励磁电流增加,或磁场强度增强,但磁通密度不会随着增加,即:磁通密度增量ΔB等于0,从而变压器初级线圈中的感应电动势也等于0,这会导致变压器初级线圈中的励磁电流无限大。

在大功率开关电源中,当开关变压器铁芯出现饱和时,流过开关变压器初级线圈的励磁电流将非常大,很容易使开关器件过流损坏;或者当回路电流突然被切断时,在开关变压器的初、次级线圈中将会产生很高的反电动势,使元器件过压击穿。

在双激式变压器开关电源中,开关器件第一次开始导通的时候,其相位相对于变压器铁芯磁滞回线的相位来说,一般都是随机的。上面举例,就是开关器件初始导通相位与变压器铁芯磁滞回线的初始相位发生错位最严重的情况。这种情况,在对双激式变压器开关电源进行电路设计的时候一定要特别重视。

当电源要停止工作的时候,最好按先后顺序关断电源;先关整流输入电源,让储能滤波电容充分放完电,最后关开关管的驱动电源,让电源开关管一直工作到最后,这相当于每关断一次电源,开关变压器就要被退磁一次;下次开机的时候,变压器铁芯磁滞回线的初始相位总是从0开始。目前很多开关电源在遥控关机的时候,总是只关开关管的驱动电源,使电源开关管停止工作,从而达到关断电源的目的,但这种关断电源的方法存在比较大的工作风险。

另外,双激式变压器开关式稳压电源,其输出电压控制一般都是通过改变电源开关管的占空比,当占空比改变的时候,加到变压器两端正、负半周电压的伏秒容量肯定会发生变化,使变压器正负半周的伏秒容量不相等,脉冲宽度大的半周要比脉冲宽度小的半周伏秒容量大;此时,流过开关变压器初级线圈的电流中会含有直流分量,使磁滞回线产生偏移,即:变压器的等效磁化曲线(等效负载曲线)出现上下平移。当磁滞回线被移出安全区时,开关变压器的铁芯也会出现磁饱和。这种情况也需特别考虑。

顺便指出,双激式开关变压器的伏秒容量与单激式开关变压器的伏秒容量,虽然在概念上完全相同,但其所包含的内容是有很大差别的。双激式开关变压器的伏秒容量是相对于交流脉冲电压而言,而单激式开关变压器的伏秒容量是相对于直流脉冲电压而言。在两者数值均相等的情况下,两者对磁通密度增量ΔB的取值范围却完全不一样。

例如:在同样的伏秒容量条件之下,对于双激式开关变压器初级线圈N1绕组匝数的计算,可根据(2-17)式求得,磁通密度增量ΔB的取值范围是2Bm;而对于单激式开关变压器初级线圈N1绕组匝数的计算,可根据(2-16)式求得,磁通密度增量ΔB的取值范围是(Bm-Br)。如果两者的变压器铁芯都不留气隙,并且两者的最大磁通密度Bm取值都一样,为3000高斯;那么,前者的磁通密度增量可达6000高斯,而后者的磁通密度增量一般只有500高斯左右。

由此可见,前者的磁通密度增量是后者的12倍。如果把双激式开关变压器当成单激式开关变压器来使用,势必会损坏。实际上,当开关器件初始导通相位与双激式变压器铁芯磁滞回线的初始相位发生严重错位时,就相当于双激式变压器被当作单激式变压器来使用。因此,采用单激式变压器的设计方法来对单激式变压器进行设计,在使用中是最安全的。

目前很多大功率开关电源,特别是电视机开关电源,为了降低成本一般都不另外增设遥控开、关机辅助电源,电视机在待机的时候开关电源还是在工作的;为了降低待机功耗,开关电源在待机的时候,一般都是采用间歇工作的方式;开关电源工作于间歇,驱动电路输出的不是连续脉冲开关信号,而是间隔好几个周期才输出一组或几组脉冲开关信号。

这种工作方式很容易造成电源开关管导通相位与变压器铁芯磁滞回线的相位互相错位,使开关变压器出现磁饱和而损坏。因此,很多电视机电源起火都不是电视机正在正常接收电视节目的时候,而是电视机处于待机休息的时候。这种情况需要特别注意。

来源:电源网
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