《電子技術應用》
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開關變壓器的伏秒容量與測量(連載3)
陶顯芳
摘要: 分析了開關變壓器伏秒容量的意義,并舉例來詳細分析開關變壓器伏秒容量的測量方法,以及通過對開關變壓器伏秒容量的測量,驗證開關變壓器工作狀態的合理性。
Abstract:
Key words :

三、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,其實與晶體管的最大集電極電壓BVceo參數一樣重要。在晶體管放大電路中,當晶體管集電極與發射極兩端的電壓超過最大集電極電壓BVceo,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。

    開關變壓器伏秒容量的意義相當于圖9中矩形的面積,面積的兩條邊分別由開關變壓器的工作電壓(直流脈沖幅度)V和通電持續時間T(脈沖寬度)的乘積組成。其極限伏秒容量相當于黃色區域部分的面積,綠色區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9中所示的,V或T邊上的長度。

    結合圖8和圖9,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8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8中 時,開關變壓器線圈的電感量為最大值 ;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,渦流損耗與磁通密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,一般開關變壓器還都大量選用鐵氧體磁芯,這種鐵氧體磁芯的磁飽和磁通密度Bs一般為4500~5000高斯,因此,由圖8可以看出,開關變壓器鐵芯的最佳磁通密度Bb大約為磁飽和磁通密度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,公式中最大磁通密度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通密度Bs參數的分散性,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通密度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。

    下面我們通過對開關變壓器伏秒容量進行測量的例子,進一步分析伏秒容量的實用意義。

四、開關變壓器伏秒容量測量舉例

    上面我們已經分析開關變壓器伏秒容量的意義和測量方法,下面我們再進一步舉例來詳細分析開關變壓器伏秒容量的測量方法,以及通過對開關變壓器伏秒容量的測量,驗證開關變壓器工作狀態的合理性。

    例1:電視機中使用的行掃描回掃開關變壓器,簡稱高壓包,其工作原理也屬于反激式開關變壓器,其初級線圈的電感量為6毫亨,工作電壓一般為120V,正程掃描時間(脈沖寬度)τ 為52μS ,逆程掃描時間為12μS 。檢測它的伏秒容量是否設計得合理,或是否工作與最佳工作狀態。

    為此,我們可以根據(8)式,先計算流過高壓包初級線圈的最大電流Im,然后再求其極限電流Imax的值,即:測試時選用迭加電流的值。

    把已知參數代入(8)式:

    根據上面分析,以及圖8和圖9,正常工作時,流過高壓包初級線圈的最大電流Im不應該超過極限電流值Imax的70%,由此,可以求得流過高壓包初級線圈的極限電流Imax為1.49 A 。

    上面計算出來的極限電流Imax值,就是用來測試高壓包初級線圈的迭加電流的數值。根據圖7,把電流源的電流設置為1.49 A,即:設置測試高壓包初級線圈的迭加電流為1.49 A,然后測試高壓包初級線圈的電感;如果測試結果Lx的數值等于或者大于初始電感L0的90%,則說明,高壓包初級線圈的伏秒容量設計是合格的,即:高壓包鐵芯的磁通密度基本工作于最佳狀態范圍之內;如果測試結果Lx小于初始電感L0的90%,則說明,高壓包初級線圈的伏秒容量余量太小,不合格,即:高壓包鐵芯的磁通密度工作于接近飽和區的范圍之內,磁滯損耗以及渦流損耗比較大,并且開關變壓器容易出現磁飽和。

    對于高壓包除了測試伏秒容量的大小之外,還應該檢測開關變壓器初級線圈的漏感。正常漏感的數值一般小于初級線圈電感量的2%,如果太大,則說明鐵芯留的氣隙長度過大,或者開關變壓器初、次級線圈的繞線方法或結構不合理。

    這里順便說明,采用圖7測試時應該注意的地方。圖7中,隔離電感LT的數值要求是測試電感Lx數值的3倍以上,并且測量高壓包初級線圈的初始電感值L0時,最好也要接入電路之中。這里,隔離電感LT可選取20毫亨以上的矽鋼片直流電感,電感的鐵芯要留有氣隙;流電源可用一個穩壓電源與一個大功率電阻串聯代替,如圖10,或用一個穩壓電源與一個大功率晶體放大器串聯來代替,如圖11。

    在圖10中,E為穩壓電源,R為大功率電阻,阻值范圍在1~10歐姆比較合適,阻值太大損耗功率會很大;調節穩壓電源的電壓輸出,就可以調節迭加電流的大小。

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