開關電源原理與設計(連載56)雙激式開關電源變壓器存在的風險

2-1-1-7．雙激式開關電源變壓器存在的風險

上面我們對雙激式開關電源變壓器工作原理進行分析，都是考慮雙激式開關電源變壓器完全工作于理想的情況下而得出的結(jié)果。因此，圖2-6、圖2-7和（2-17）、（2-18）式的分析結(jié)果都是在理想的工作條件下進行的。如果我們把雙激式開關電源變壓器的工作條件稍微變動一下，我們將會看到，雙激式開關電源變壓器在一定的條件下，將會得出很壞的結(jié)果，即：雙激式開關電源變壓器在工作中存在很大的風險。

我們先來看圖2-5和圖2-6，如果開關變壓器的鐵芯在這之前已經(jīng)被其它磁場磁化過，變壓器鐵芯中的磁通密度B正好停留在剩余磁通密度Br的位置上，那么，當?shù)谝粋€交流脈沖的正半周電壓加到圖2-5所示變壓器初級線圈a、b兩端時，在變壓器初級線圈中將有勵磁電流流過，并在變壓器鐵芯中產(chǎn)生磁場；在磁場強度H的作用下，變壓器鐵芯中的磁通密度B將不會按圖2-6中磁化曲線e-f-a上升，而是按圖2-10中的磁化曲線b-g上升。

如果變壓器的伏秒容量原來是按（2-17）式來確定的，即變壓器鐵芯中的磁通密度的變化范圍等于最大磁通密度Bm的兩倍，即：ΔB = 2Bm；那么，當?shù)谝粋€交流脈沖的正半周電壓加到圖2-5所示變壓器初級線圈a、b兩端時，變壓器鐵芯中磁通密度的最大變化范圍應該正好等于2Bm；由于變壓器鐵芯中的磁化過程是從上次剩余磁通密度Br的位置開始的，因此，變壓器鐵芯中新的最大磁通密度應該達到Br+2Bm 。

由于在開關變壓器鐵芯中沒有預留防止磁飽和的氣隙，在一般情況下開關變壓器的伏秒容量都不會取得很大，如果根據(jù)圖2-6繼續(xù)延伸磁通密度的磁化曲線的長度，使之達到Br+2Bm的高度，顯然此時的磁場強度已經(jīng)使磁通密度達到深度飽和。

圖2-10就是在圖2-6的基礎上，根據(jù)上面分析條件而繪制的磁化曲線圖。在圖2-10中，虛線表示的磁化曲線a-b-c-d-e-f-a，是開關變壓器鐵芯根據(jù)（2-17）式選定參數(shù)后所決定的磁滯回線圖。虛線線段d-a是開關變壓器鐵芯的理想磁化曲線，理想磁化曲線是一條斜率等于最大磁通密度增量與最大磁場強度增量之比，且經(jīng)過坐標原點的直線；當直線不經(jīng)過坐標原點時，這條直線稱為等效磁化曲線。由于磁通密度與輸入電壓對應，磁場強度與勵磁電流對應，因此，理想磁化曲線d-a亦可稱為變壓器輸入電壓與勵磁電流的理想負載曲線；等效磁化曲線亦可稱為等效負載曲線。

在正常情況下，當有交流脈沖電壓輸入時，磁通密度B就會沿著理想磁化曲線d-a，由負最大值-Bm至正最大值Bm，然后，又由正最大值Bm至負最大值-Bm，來回地變化；對應磁場強度H也是沿著理想磁化曲線d-a由負最大值-Hm至正最大值Hm，然后，又由正最大值Hm至負最大值-Hm，來回變化。

但當變壓器鐵芯中的磁化過程是從上次剩余磁通密度Br的位置開始時，上面所分析的理想磁化過程將要被破壞，磁通密度B不會再沿著理想磁化曲線d-a進行，而是沿著另一條新的等效磁化曲線進行；這條新的等效磁化曲線應該與原理想磁化曲線d-a平行，并且經(jīng)過Br點，圖2-10中虛線b-h就是這條新的等效磁化曲線的一部分。這里只畫出新等效磁化曲線的一半，另一半在圖2-10中沒有畫出。

圖2.10 在圖2-6的基礎上根據(jù)上面分析條件而繪制的磁化曲線圖

因此，當?shù)谝粋€交流脈沖的正半周電壓輸入時，如果開關變壓器的伏秒容量足夠大，磁通密度B將會沿著這條新的等效磁化曲線b-h進行，由上次剩余磁通密度Br的位置開始向新的最大值Bh = Br+2Bm攀升。

但由于開關變壓器的伏秒容量并不足夠大到能保證磁通密度向新的最大值Bh線性增長，即：在實際磁化過程中，磁通密度并沒有按新的等效磁化曲線b-h移動，而是按另一條新的磁化曲線b-g（實線）移動；在這條新的磁化曲線b-g上，磁通密度B不可能會被磁場強度H磁化達到新的最大值Bh = Br+2Bm，因為，磁通密度很早就出現(xiàn)飽和；不管磁場強度有多大，最大磁通密度只能磁化達到Bg值。