陶顯芳老師談開關變壓器的工作原理與設計之一——開關變壓器的伏秒容量與測量
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陶顯芳老師談開關變壓器的工作原理與設計之二——對開關變壓器的伏秒容量進行檢測
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陶顯芳老師談開關變壓器的工作原理與設計之三——開關變壓器伏秒容量的意義
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例1：電(dian)視(shi)機(ji)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)行(xing)掃(sao)描(miao)回(hui)掃(sao)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)，簡(jian)稱(cheng)高(gao)壓(ya)包(bao)，其(qi)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)屬(shu)於(yu)脈(mai)衝(chong)變(bian)壓(ya)器(qi)

，但(dan)也(ye)屬(shu)於(yu)反(fan)激(ji)式(shi)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)範(fan)疇(chou)。高(gao)壓(ya)包(bao)的(de)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)與(yu)占(zhan)空(kong)比(bi)是(shi)固(gu)定(ding)的(de)，其(qi)磁(ci)滯(zhi)回(hui)線(xian)也(ye)基(ji)本(ben)是(shi)固(gu)定(ding)的(de)，因(yin)此(ci)
，高(gao)壓(ya)包(bao)的(de)鐵(tie)芯(xin)氣(qi)隙(xi)相(xiang)對(dui)要(yao)留(liu)得(de)比(bi)一(yi)般(ban)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)小(xiao)，漏(lou)感(gan)相(xiang)對(dui)也(ye)比(bi)較(jiao)小(xiao)。

高壓包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（脈衝寬度）為52uS ，逆程掃描時間為12uS 。這裏我們檢測它的伏秒容量是否設計得合理
，或是否工作於最佳工作狀態。

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
，然後再求其極限電流Imax的值，即：測試時選用迭加電流的值。


根據上麵分析，以及圖8和圖10，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 。

上麵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，然後測試高壓包初級線圈的電感；如果測試結果Lx的數值等於或者大於初始電感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：高壓包鐵芯的磁感應強度基本工作於最佳狀態範圍之內；如果測試結果Lx小於初始電感L0的90%，則說明
，高壓包初級線圈的伏秒容量餘量太小，不合格，即：高壓包鐵芯的磁感應強度工作於接近飽和區的範圍之內，磁滯損耗以及渦流損耗比較大，並且開關變壓器容易出現磁飽和。

對於高壓包除了測試伏秒容量的大小之外，還應該檢測高壓包初級線圈的漏感。正常漏感的數值一般都小於初級線圈電感量的2%，如果太大
，則說明鐵芯留的氣隙長度過大，或者高壓包初、次級線圈的繞線方法或結構不合理。

這裏順便說明，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
，並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。這裏，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11，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12。

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在圖11中

，E為穩壓電源，R為大功率電阻，阻值範圍在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。
 

在圖11中，E為穩壓電源，Rx為可調電阻，Q為晶體管大功率放大器（必須帶散熱片）；調(tiao)節(jie)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)，或(huo)改(gai)變(bian)可(ke)變(bian)電(dian)阻(zu)的(de)阻(zu)值(zhi)
，就(jiu)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)迭(die)加(jia)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)，但(dan)晶(jing)體(ti)管(guan)大(da)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)集(ji)電(dian)極(ji)與(yu)發(fa)射(she)極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)不(bu)要(yao)大(da)於(yu)10V，否則，晶體管大功率放大器的損耗將很大。一般穩壓電源都有電流輸出指示，所以在測試電路中不需要另外安裝電流表。

這裏特別指出

，在測試高壓包初級線圈的初始電感L0的(de)時(shi)候(hou)
，高(gao)壓(ya)包(bao)的(de)鐵(tie)芯(xin)必(bi)須(xu)要(yao)退(tui)磁(ci)，否(fou)則(ze)，測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)將(jiang)不(bu)準(zhun)確(que)。一(yi)般(ban)帶(dai)有(you)磁(ci)性(xing)的(de)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)
，要(yao)略(lve)大(da)於(yu)沒(mei)帶(dai)磁(ci)性(xing)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)。高(gao)壓(ya)包(bao)退(tui)磁(ci)的(de)方(fang)法(fa)請(qing)參(can)考(kao)圖(tu)14和圖15，以及說明。

另外，迭加電流Imax的值一般是正常工作時，流過高壓包初級線圈電流（平均值或有效值）的好幾倍。例如：上例測試的高壓包，正常工作時，其平均電流Ip大約才有0.42 A，但迭加電流Imax的值為1.49 A
；由此求得
，迭加電流Imax的值是正常工作時平均電流的3.5倍。一般高壓包初級線圈漆包線的電流密度都小於3A/mm2 ，從而可求得，流過高壓包初級線圈漆包線迭加電流的最大電流密度為10.5 A/mm2 。

因此，通過對高壓包初級線圈伏秒容量的檢查，同時也是對高壓包初級線圈的線徑進行檢查。一般漆包線在40度溫升的情況下，其最大電流密度大約在13A/ mm2左右（直流），因此，通過測量高壓包線圈的溫升就可以知道高壓包線圈的設計是否合理。

這裏順便介紹一下電流平均值Ip的求法，以及其與最大電流Im和極限電流Imax的關係。圖13是電流平均值Ip與最大電流Im和極限電流Imax之間的關係圖。

圖13中，Ip為流過高壓包初級線圈的平均電流， 為正程掃描期間，流過高壓包初級線圈的平均電流
；Im為正程掃描期間
，流過高壓包初級線圈的最大電流；Imax為正程掃描期間，流過高壓包初級線圈的極限電流； 1為正程掃描時間（52 uS）， 2為逆程掃描時間（12 uS）

，x 為極限正程掃描時間。

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例2：電視機開關電源一般都是脈衝調寬反激式開關電源，它有兩種工作方式：一種是脈衝調寬兼調頻工作方式
；lingyizhonggongzuofangshishigongzuopinlvbubian
，zhiduimaichongkuandujinxingtiaozhi。qianyizhonggongzuofangshiduozaizijishikaiguandianyuanzhongshiyong，houyizhonggongzuofangshiduozaiyoujichengdianlugouchengdetajishikaiguandianyuanzhongshiyong。

設一個100W電視機開關電源使用的開關變壓器，其初級線圈的電感量為1毫亨，其最高工作電壓為360V，最低工作電壓為110V。由於開關管的耐壓一般隻有600V左右
，並且還要預留最少20%的餘量，因此，在最高工作電壓和負載最重的狀態下
，開關電源的占空比最大值隻能取0.25，即：D = 0.25 ；當開關電源的負載為最重的時候，占空比也處於最大值。設開關電源的工作頻率為40kHz，當占空比為最大值時電源開關管導通時的脈衝寬度 = 6.25uS 。

根據上麵已知參數我們可以利用（8）式來計算流過開關變壓器初級線圈的最大電流Im，然後再求其極限電流Imax的值，即：測試開關變壓器初級線圈電感時選用的迭加電流值。
 

根據前麵分析，以及圖8和圖11
，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3.21 A 。

上麵計算出來的極限電流Imax值，就是用來測試開關變壓器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3.21 A ，即：測試開關變壓器初級線圈的迭加電流為3.21 A，然後測試開關變壓器初級線圈的電感；如果測試結果Lx等於或者大於初始電感L0的90%，則說明
，開關變壓器初級線圈的伏秒容量設計是合格的；如果測試結果Lx小於初始電感L0的90%，則說明
，開關變壓器初級線圈的伏秒容量餘量非常小

，不合格。

假設其它參數不變
，而把工作電壓由360V降為110V時，開關電源的最大占空比可取值為0.7708
，即：D = 0.7708 。由此可求得，當開關電源的工作頻率為40kHz時
，電源開關管導通時的脈衝寬度= 19.27uS 
，由此可以求得流過開關變壓器初級線圈的最大電流Im為：   
比較（14）和（15）式可以看出，雖然開關變壓器的工作電壓不同，但兩式最大工作電流Im以及極限電流Imax基本上是一樣的。值得注意的是
，雖然他們的最大電流值基本相同
，但它們的平均電流值卻不一樣。前者的平均電流為0.281A
，後者的平均電流為0.817A 。因此
，在選取開關變壓器初級線圈漆包線粗細的時候，一定要按平均電流的大小來選取。由此可知，一個雙電壓開關電源（110V/220V），其工作效率要比單電壓開關電源低

，因為，雙電壓開關電源銅阻損耗要比單電壓開關電源大很多。

同tong理li，除chu了le測ce試shi開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan伏fu秒miao容rong量liang的de大da小xiao之zhi外wai
，還hai應ying該gai檢jian測ce開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de漏lou感gan大da小xiao。反fan激ji式shi開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de漏lou感gan一yi般ban都dou小xiao於yu初chu級ji線xian圈quan電dian感gan量liang的de5%，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。

當我們通過測試
，知道開關變壓器初級線圈的極限電流Imax數值，再根據（8）式或（10）式
，就可以知道開關變壓器伏秒容量的最大值VTm
，或開關變壓器伏秒容量的極限值VTmax ；根據VTm值
，我們就可以進一步來確定開關變壓器的工作電壓和脈衝寬度。

開關變壓器的工作電壓和脈衝寬度的關係
，可以根據（8）式求得。在選定工作電壓的情況下，可把Im = 0.7 Imax代入（8）式
，即可求得最大脈衝寬度m 。
然後再根據脈衝寬度進一步求占空比D和工作頻率。下麵（16）式和（17）式是計算脈衝寬度和占空比D以及工作頻率的關係式：

（16）式中

，D為開關電源工作時的占空比，Dm為開關電源工作時的最大占空比
，為脈衝寬度，T為開關電源的工作周期，F為工作頻率
，E為開關電源的工作電壓
，Ucmax為電源開關管集電極（或漏極）的最大工作電壓。一般Ucmax 的最大值隻能取到電源開關管最大耐壓值BVceo 的80% ，即選用電源開關管時，其耐壓要留有20%的餘量。因此，對開關變壓器伏秒容量的測試，必須結合具體電路進行。

這裏還需特別指出，在測試開關變壓器初級線圈的初始電感L0deshihou，kaiguanbianyaqidetiexinbixuyaotuici，fouze，ceshijieguojiangbuzhunque。yibandaiyoucixingdekaiguanbianyaqichujixianquandedianganliang，yaolvedayumeidaicixingkaiguanbianyaqichujixianquandedianganliang。