長期以來

，人們在設計或使用開關變壓器的時候，一般隻關心開關變壓器的輸入、輸出電壓、電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)，以(yi)及(ji)電(dian)感(gan)量(liang)等(deng)參(can)數(shu)
，而(er)很(hen)少(shao)關(guan)心(xin)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)。其(qi)實(shi)
，開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)也(ye)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu)，不(bu)過(guo)，目(mu)前(qian)很(hen)多(duo)人(ren)並(bing)不(bu)十(shi)分(fen)清(qing)楚(chu)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)到(dao)底(di)是(shi)個(ge)什(shen)麼(me)東(dong)西(xi)，或(huo)者(zhe)怎(zen)樣(yang)對(dui)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)，以(yi)及(ji)怎(zen)樣(yang)使(shi)用(yong)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)這(zhe)個(ge)參(can)數(shu)。
因此，這裏將詳細介紹什麼是開關變壓器的伏秒容量，然後再分析怎樣對開關變壓器的伏秒容量進行測量及應用。

什麼是開關變壓器的伏秒容量

圖1是shi反fan激ji式shi開kai關guan電dian源yuan的de工gong作zuo原yuan理li圖tu，所suo謂wei反fan激ji式shi開kai關guan變bian壓ya器qi輸shu出chu電dian源yuan
，就jiu是shi當dang開kai關guan變bian壓ya器qi的de初chu級ji線xian圈quan正zheng好hao被bei直zhi流liu脈mai衝chong電dian壓ya激ji勵li時shi，開kai關guan變bian壓ya器qi的de次ci級ji線xian圈quan沒mei有you向xiang負fu載zai提ti供gong能neng量liang輸shu出chu，僅jin在zai開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de激ji勵li電dian壓ya消xiao失shi之zhi後hou，開kai關guan變bian壓ya器qi鐵tie芯xin中zhong存cun儲chu的de磁ci能neng量liang才cai通tong過guo次ci級ji線xian圈quan轉zhuan化hua成cheng反fan電dian動dong勢shi向xiang負fu載zai提ti供gong功gong率lv輸shu出chu，這zhe種zhong開kai關guan電dian源yuan稱cheng為wei反fan激ji式shi開kai關guan電dian源yuan。

在圖1中，當輸入電壓E加於開關變壓器初級線圈N1的(de)兩(liang)端(duan)時(shi)，由(you)於(yu)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)線(xian)圈(quan)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)動(dong)勢(shi)與(yu)流(liu)過(guo)二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)正(zheng)好(hao)相(xiang)反(fan)，相(xiang)當(dang)於(yu)所(suo)有(you)次(ci)級(ji)線(xian)圈(quan)均(jun)開(kai)路(lu)，此(ci)時(shi)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)相(xiang)當(dang)於(yu)一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)L1。其等效電路如圖2-a) 所示，圖2-b) 是開關接通時
，電感兩端的電壓和流過電感L1的電流。
 

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從圖2可以看出，流過開關變壓器的電流隻有勵磁電流
，即：開kai關guan變bian壓ya器qi鐵tie心xin中zhong的de磁ci通tong量liang全quan部bu都dou是shi由you勵li磁ci電dian流liu產chan生sheng的de。如ru果guo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是shi恒heng定ding的de
，或huo開kai關guan變bian壓ya器qi鐵tie芯xin的de導dao磁ci率lv永yong遠yuan保bao持chi不bu變bian；那na麼me，當dang控kong製zhi開kai關guan接jie通tong以yi後hou，流liu過guo開kai關guan變bian壓ya器qi初chu級ji線xian圈quan的de勵li磁ci電dian流liu就jiu會hui隨sui時shi間jian增zeng加jia而er線xian性xing增zeng加jia，開kai關guan變bian壓ya器qi鐵tie心xin中zhong的de磁ci通tong量liang也ye隨sui時shi間jian增zeng加jia而er線xian性xing增zeng加jia。根gen據ju電dian磁ci感gan應ying定ding理li：
   —— K接通期間     （1）
式中e1為開關變壓器初級線圈產生的電動勢，L1為開關變壓器初級線圈的電感量， 為開關變壓器鐵心中的磁通量，E為開關變壓器初級線圈兩端的輸入電壓。其中磁通量 還可以表示為：
             
（2）
上式中，k是一個與單位製相關的係數，S為開關變壓器鐵心的導磁麵積
，B為磁感應強度，也稱磁感應強度
，即：單位麵積的磁通量。
把（2）式代入（1）式，並進行積分：
 

（4）式就是計算開關變壓器初級線圈N1繞組匝數的公式。式中
，N1為開關變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數

，S為開關變壓器鐵心的導磁麵積
，單位：平方厘米；Bm為開關變壓器鐵心的最大磁感應強度
，單位：高斯；Br為開關變壓器鐵心的剩餘磁感應強度，單位：高斯），Br一般簡稱剩磁
；τ = Ton，為控製開關的接通時間，簡稱脈衝寬度，或電源開關管導通時間的寬度，單位：秒；E為工作電壓，單位為伏。式中的指數（k = 108）是統一單位用的，選用不同單位製，指數的值也不一樣，這裏選用CGS單位製，即：長度為厘米（cm），磁感應強度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。

（5）式中
， 就是開關變壓器的伏秒容量，即：伏秒容量等於輸入脈衝電壓幅度與脈衝寬度的乘積，這裏我們把伏秒容量用VT來表示。
伏秒容量VT表示：一個開關變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長時間的衝擊。

在(zai)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)伏(fu)秒(miao)容(rong)量(liang)一(yi)定(ding)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)越(yue)高(gao)，開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)衝(chong)擊(ji)的(de)時(shi)間(jian)就(jiu)越(yue)短(duan)，反(fan)之(zhi)，輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)越(yue)低(di)，開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)衝(chong)擊(ji)的(de)時(shi)間(jian)就(jiu)越(yue)長(chang)；而在一定的工作電壓條件下，開關變壓器的伏秒容量越大，開關變壓器的鐵芯中的磁感應強度就越低

，開關變壓器鐵芯就不容易飽和。

當開關變壓器的鐵芯麵積固定以後，開關變壓器的伏秒容量主要就是由磁通增量 （ ）的大小以及開關變壓器初級線圈的匝數N1來決定。

另外，我們知道
，磁感應強度是由磁場強度來決定的
，即磁通增量，也是由磁場強度來決定的。如圖3所示。

圖3中，虛線Bweikaiguanbianyaqitiexindechushicihuaquxian
，suoweidechushicihuaquxianjiushikaiguanbianyaqitiexinhaimeiyoudaici，diyicishiyongshidecihuaquxian
，yidankaiguanbianyaqitiexindaishangcihou
，chushicihuaquxianjiubufucunzaile。yinci
，zaikaiguanbianyaqizhong
，kaiguanbianyaqitiexindecihuayibandoubushianchushicihuaquxianlaijinxinggongzuode
，ershianzhaoyitiaosuoweide“磁滯回線”進行的。

例如，當磁場強度增加時，磁感應強度將沿著磁化曲線ab或cd跟隨磁場強度的增加而增加；而當磁場強度減小時

，磁感應強度將沿著另一條磁化曲線ba或dc跟隨磁場強度的減小而減小。因此，我們把磁化曲線ab、ba或cd、dc稱為磁滯回線。至於磁滯回線是沿著ab、ba進行，還是沿著另一條磁滯回線cd、dc進行，主要取決於磁場強度的變化幅度。

當磁場強度增加時，相當於磁場強度對開關變壓器鐵芯進行充磁
；當(dang)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)減(jian)少(shao)時(shi)，相(xiang)當(dang)於(yu)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)對(dui)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)鐵(tie)芯(xin)進(jin)行(xing)退(tui)磁(ci)。磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)變(bian)化(hua)幅(fu)度(du)越(yue)大(da)，對(dui)應(ying)的(de)磁(ci)感(gan)應(ying)強(qiang)度(du)增(zeng)量(liang)也(ye)增(zeng)加(jia)，與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)剩(sheng)磁(ci)也(ye)會(hui)增(zeng)加(jia)。

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磁場強度由0增加到H1
，對應的磁感應強度由Br1沿著磁化曲線ab增加到Bm1；而當磁場強度由H1下降到0時
，對應的磁感應強度將由Bm1沿著磁化曲線ba下降到Br1 。如果不考慮磁通的方向，磁通的變化增量就是，即磁通增量。如果磁場強度進一步增大，由0增加到H2，則磁滯回線將沿著曲線cd、dc進行，對應產生的磁通增量 。
 

由圖3中可以看出，對應不同的磁場強度變化量，即不同的勵磁電流變化量，磁感應強度變化量或磁通變化量也是不一樣的；因為，磁感應強度變化量或磁通變化量與磁場強度變化量並不是線性關係。
圖4是磁感應強度與磁場強度對應變化的函數曲線圖。圖4中，曲線B是磁感應強度與磁場強度對應變化的曲線
；曲線 為導磁率與磁場強度對應變化的曲線。其中：

               （6）
 

由圖4zhongkeyikanchu，yudaocilvzuidadedifangduiyingdebingbushiciganyingqiangduhuocichangqiangduzuixiaohuozuidadedifang，ershiweiyuciganyingqiangduhuocichangqiangdubianquxianmougezhongjianzhidedifang。dangdaocilvdadaozuidazhizhihou，daocilvjiangsuizheciganyingqiangduhuocichangqiangduzengda
，erxunsuxiajiang

；當導磁率下降到將要接近0的時候，我們就認為開關變壓器鐵芯已經開始飽和
，如圖中Bs和Hs.
 

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由於導磁率的變化範圍太大

，且容易飽和，因此，一般開關電源使用的開關變壓器都要在開關變壓器鐵芯中間留氣隙。
圖5是分析及計算開關變壓器鐵芯最佳氣隙長度的原理圖，圖5-a) 是中間留有氣隙開關變壓器鐵芯的示意圖，圖5-b) 是中間留有氣隙的開關變壓器鐵芯的磁化曲線圖，及計算開關變壓器鐵芯最佳氣隙長度的原理圖。
 

 
在圖5-b) 中，虛線是沒留有氣隙開關變壓器鐵芯的磁化曲線
，實線是留有氣隙開關變壓器鐵芯的磁化曲線
；曲線b是留有氣隙開關變壓器鐵芯的等效磁化曲線，其等效導磁率，即曲線的斜率為 
； 是留有氣隙開關變壓器鐵芯的平均導磁率； 是沒留有氣隙時開關變壓器鐵芯的導磁率。

由圖5可以看出，開關變壓器鐵芯的氣隙長度留得越大，其平均導磁率就越小
，而開關變壓器鐵芯就不容易飽和；但開關變壓器鐵芯的平均導磁率越小
，開關變壓器初、次ci級ji線xian圈quan之zhi間jian的de漏lou感gan就jiu越yue大da。因yin此ci，開kai關guan變bian壓ya器qi鐵tie芯xin氣qi隙xi長chang度du的de設she計ji是shi一yi個ge比bi較jiao複fu雜za的de計ji算suan過guo程cheng，並bing且qie還hai要yao根gen據ju開kai關guan電dian源yuan的de輸shu出chu功gong率lv，以yi及ji電dian壓ya變bian化hua範fan圍wei（占空比變化範圍）等因素來綜合考慮。不過我們可以通過對開關變壓器伏秒容量的測量，同時檢查開關變壓器鐵芯氣隙長度留得是否合適。

關於開關變壓器鐵芯氣隙長度的設計
，請參考《2-1-14．開關變壓器鐵芯氣隙的選取》有關章節。

順便說明，圖4中表示導磁率的 的曲線也不是一成不變的
，它受溫度的影響非常大。由於開關變壓器磁芯也是一種半導體材料（金屬氧化物）
，很多半導體器件就是用金屬氧化物來製造的
，如熱敏電阻
、場chang效xiao應ying管guan等deng。半ban導dao體ti材cai料liao的de特te性xing就jiu是shi受shou溫wen度du的de影ying響xiang很hen靈ling敏min，當dang溫wen度du上shang升sheng到dao一yi定ding範fan圍wei以yi後hou，開kai關guan變bian壓ya器qi磁ci芯xin的de電dian阻zu率lv就jiu會hui變bian小xiao
，並bing開kai始shi導dao電dian。
因yin此ci，當dang溫wen度du升sheng高gao到dao一yi定ding範fan圍wei以yi後hou，在zai開kai關guan變bian壓ya器qi磁ci芯xin內nei部bu就jiu會hui產chan生sheng很hen大da的de渦wo流liu損sun耗hao，並bing使shi鐵tie芯xin有you效xiao導dao磁ci率lv急ji速su下xia降jiang。這zhe個ge使shi開kai關guan變bian壓ya器qi磁ci芯xin有you效xiao導dao磁ci率lv急ji速su下xia降jiang的de溫wen度du點dian
，我wo們men把ba它ta稱cheng為wei居ju裏li溫wen度du點dian。在zai實shi際ji應ying用yong中zhong
，我wo們men可ke以yi把ba開kai關guan變bian壓ya器qi磁ci芯xin有you效xiao導dao磁ci率lv下xia降jiang到dao最zui大da值zhi的de70%時的溫度，定義為居裏溫度點。
圖6是日本TDK公司高導磁率材料H5C4係列磁芯初始導磁率 隨溫度變化的曲線圖，其居裏溫度大約為105℃。

由圖6可ke以yi看kan出chu，開kai關guan變bian壓ya器qi磁ci芯xin的de使shi用yong環huan境jing溫wen度du，對dui開kai關guan變bian壓ya器qi的de性xing能neng影ying響xiang是shi非fei常chang大da的de。但dan我wo們men在zai使shi用yong開kai關guan變bian壓ya器qi的de時shi候hou，就jiu很hen少shao有you人ren去qu考kao慮lv或huo檢jian測ce開kai關guan變bian壓ya器qi磁ci芯xin的de居ju裏li溫wen度du。目mu前qian
，一yi般ban開kai關guan變bian壓ya器qi還hai都dou大da量liang選xuan用yong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin，這zhe種zhong鐵tie氧yang體ti磁ci芯xin的de居ju裏li溫wen度du一yi般ban都dou在zai120℃左右，因此，我們對開關變壓器進行設計時工作溫度最好不要超過110℃。