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            EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載77)

            開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載77)

            作者: 時(shí)間:2011-03-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            2-1-22.開關(guān)變壓器伏秒容量的測(cè)量

            前面我們已經(jīng)對(duì)變壓器伏秒容量的概念有了一個(gè)比較初步的認(rèn)識(shí),為了加深對(duì)開關(guān)變壓器伏秒容量的理解,下面我們還要對(duì)開關(guān)變壓器伏秒容量的概念進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)分析。從原理上說,開關(guān)變壓器的伏秒容量與開關(guān)變壓器的功率容量一樣重要,甚至比開關(guān)變壓器的功率容量還要重要,因?yàn)?,?dāng)開關(guān)變壓器的工作電壓或脈沖寬度超過開關(guān)變壓器的伏秒容量的時(shí)候,開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量就會(huì)飽和,其電感量在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)下降到接近0值,使電路中的電流迅速增加,致使電源開關(guān)管在瞬間就會(huì)過流損壞,與此同時(shí),開關(guān)變壓器以及電路中的其它元件在很短的時(shí)間內(nèi)也過流或過壓損壞。

            但由于長(zhǎng)期以來,人們對(duì)變壓器的認(rèn)識(shí)主要還是停留在正弦波變壓器的概念上,對(duì)開關(guān)變壓器的認(rèn)識(shí)也只關(guān)心其電感量以及輸入、輸出電壓和電流等參數(shù)的大小,對(duì)脈沖變壓器的概念認(rèn)識(shí)也很少,因此,很多人對(duì)開關(guān)變壓器伏秒容量的概念知之甚少,不清楚伏秒容量到底是個(gè)什么東西,或者怎樣對(duì)伏秒容量進(jìn)行測(cè)試,以及怎樣使用伏秒容量這個(gè)參數(shù)。其實(shí),開關(guān)變壓器的伏秒容量也是一個(gè)非常重要的參數(shù)。

            2-1-22-1.什么是開關(guān)變壓器的伏秒容量

            伏秒容量也是一個(gè)物理量,它表示單位電流在開關(guān)變壓器中存儲(chǔ)的能量,或單位電流在開關(guān)變壓器中所做的功,即:

            VT=W/I (2-141)

            (2-141)式中,VT為伏秒容量,單位為伏?秒;W為功,W單位為焦耳,或瓦特?秒;I為電流強(qiáng)度,單位為安倍。

            這里我們以反激式的工作原理為例,詳細(xì)分析開關(guān)變壓器伏秒容量的應(yīng)用。圖2-48是反激式的工作原理圖,目前70%以上的小功率都是采用反激式開關(guān)變壓器輸出電源。所謂反激式開關(guān)變壓器輸出電源,就是當(dāng)開關(guān)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí),開關(guān)變壓器的次級(jí)線圈沒有向負(fù)載提供能量輸出,僅在開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓消失之后,開關(guān)變壓器鐵芯中存儲(chǔ)的磁能量才通過次級(jí)線圈轉(zhuǎn)化成反電動(dòng)勢(shì)向負(fù)載提供功率輸出,這種開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。

            圖2-48 反激式開關(guān)電源的工作原理圖/

            在圖2-48中,當(dāng)輸入電壓E加于開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1的兩端時(shí),由于開關(guān)變壓器次級(jí)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)與流過二極管的電流方向正好相反,相當(dāng)于所有次級(jí)線圈均開路,此時(shí)開關(guān)變壓器相當(dāng)于一個(gè)電感L1。其等效電路如圖2-49-a) 所示,圖2-49-b) 是開關(guān)接通時(shí),電感兩端的電壓和流過電感L1的電流。

            圖2-49 反激式開關(guān)電源的 等效電路

            從圖2-49可以看出,流過開關(guān)變壓器的電流只有勵(lì)磁電流,即:開關(guān)變壓器鐵心中的磁通量全部都是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。如果開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量是恒定的,或開關(guān)變壓器鐵芯的導(dǎo)磁率永遠(yuǎn)保持不變;那么,當(dāng)控制開關(guān)接通以后,流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流就會(huì)隨時(shí)間增加而線性增加,開關(guān)變壓器鐵心中的磁通量也隨時(shí)間增加而線性增加。根據(jù)電磁感應(yīng)定理:

            e1 = L1di/dt = N1dφ/dt = E —— K接通期間 (2-142)

            式中e1為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),L1為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量, φ為開關(guān)變壓器鐵心中的磁通量,E為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈兩端的輸入電壓。其中磁通量 φ還可以表示為:

            φ= k×S×B (2-143)

            上式中,k是一個(gè)與單位制相關(guān)的系數(shù),S為開關(guān)變壓器鐵心的導(dǎo)磁面積,B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,也稱磁感應(yīng)強(qiáng)度,即:?jiǎn)挝幻娣e的磁通量。

            把(2-143)式代入(2-142)式,并進(jìn)行積分:

            (2-145)式就是計(jì)算反激式開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的公式。式中,N1為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組的最少匝數(shù),S為開關(guān)變壓器鐵心的導(dǎo)磁面積,單位:平方厘米;Bm為開關(guān)變壓器鐵心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度,單位:高斯;Br為開關(guān)變壓器鐵心的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度,單位:高斯),Br一般簡(jiǎn)稱剩磁;τ = Ton,為控制開關(guān)的接通時(shí)間,簡(jiǎn)稱脈沖寬度,或電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的寬度,單位:秒;E為工作電壓,單位為伏。式中的指數(shù)(k=108)是統(tǒng)一單位用的,選用不同單位制,指數(shù)的值也不一樣,這里選用CGS單位制,即:長(zhǎng)度為厘米(cm),磁感應(yīng)強(qiáng)度為高斯(Gs),磁通單位為麥克斯韋(Mx)。

            (2-146)式中,E×? 就是開關(guān)變壓器的伏秒容量,即:伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積,這里我們把伏秒容量用VT來表示。

            由于(2-146)式中,磁感應(yīng)強(qiáng)度一般都是取使用范圍的最大值,因此,(2-146)式中的伏秒容量VT也應(yīng)該是表示開關(guān)變壓器伏秒容量的最大值,或額定值,這是使用伏秒容量時(shí)應(yīng)該注意的地方。這和使用變壓器的功率時(shí)的情況基本是一樣的,即:變壓器的功率一般都指額定輸出功率。

            (2-146)式與(2-141)式都是變壓器伏秒容量的表達(dá)式,只是具體表示方式有點(diǎn)不同,在這里(2-146)式僅表示反激式開關(guān)變壓器的伏秒容量,而(2-141)式則表示所有開關(guān)變壓器的伏秒容量,所以,(2-141)式的應(yīng)用范圍比(2-146)式更大一些。

            從(2-141)式和(2-146)式可以看出,伏秒容量對(duì)于開關(guān)變壓器來說,是一個(gè)非常重要的物理量,在應(yīng)用中,開關(guān)變壓器的最大伏秒容量還表示:一個(gè)開關(guān)變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長(zhǎng)時(shí)間的沖擊。在開關(guān)變壓器伏秒容量一定的條件下,輸入電壓越高,開關(guān)變壓器能夠承受沖擊的時(shí)間就越短,反之,輸入電壓越低,開關(guān)變壓器能夠承受沖擊的時(shí)間就越長(zhǎng);而在一定工作電壓的條件下,開關(guān)變壓器的伏秒容量越大,開關(guān)變壓器鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越低,開關(guān)變壓器的鐵芯就不容易飽和。




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