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開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載56)雙激式開關(guān)電源變壓器存在的風(fēng)險(xiǎn)

作者: 時(shí)間:2011-03-01 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

開關(guān)變壓器鐵芯出現(xiàn)磁飽和,意味著盡管變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流增加,或磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng),但磁通密度不會(huì)隨著增加,即:磁通密度增量ΔB等于0,從而變壓器初級(jí)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也等于0,這會(huì)導(dǎo)致變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流無(wú)限大。
在大功率中,當(dāng)開關(guān)變壓器鐵芯出現(xiàn)飽和時(shí),流過(guò)開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流將非常大,很容易使開關(guān)器件過(guò)流損壞;或者當(dāng)回路電流突然被切斷時(shí),在開關(guān)變壓器的初、次級(jí)線圈中將會(huì)產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì),使元器件過(guò)壓擊穿。

變壓器中,開關(guān)器件第一次開始導(dǎo)通的時(shí)候,其相位相對(duì)于變壓器鐵芯磁滯回線的相位來(lái)說(shuō),一般都是隨機(jī)的。上面舉例,就是開關(guān)器件初始導(dǎo)通相位與變壓器鐵芯磁滯回線的初始相位發(fā)生錯(cuò)位最嚴(yán)重的情況。這種情況,在對(duì)變壓器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的時(shí)候一定要特別重視。

當(dāng)電源要停止工作的時(shí)候,最好按先后順序關(guān)斷電源;先關(guān)整流輸入電源,讓儲(chǔ)能濾波電容充分放完電,最后關(guān)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電源,讓電源開關(guān)管一直工作到最后,這相當(dāng)于每關(guān)斷一次電源,開關(guān)變壓器就要被退磁一次;下次開機(jī)的時(shí)候,變壓器鐵芯磁滯回線的初始相位總是從0開始。目前很多開關(guān)電源在遙控關(guān)機(jī)的時(shí)候,總是只關(guān)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電源,使電源開關(guān)管停止工作,從而達(dá)到關(guān)斷電源的目的,但這種關(guān)斷電源的方法存在比較大的工作風(fēng)險(xiǎn)。

另外,變壓器開關(guān)式穩(wěn)壓電源,其輸出電壓控制一般都是通過(guò)改變電源開關(guān)管的占空比,當(dāng)占空比改變的時(shí)候,加到變壓器兩端正、負(fù)半周電壓的伏秒容量肯定會(huì)發(fā)生變化,使變壓器正負(fù)半周的伏秒容量不相等,脈沖寬度大的半周要比脈沖寬度小的半周伏秒容量大;此時(shí),流過(guò)開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電流中會(huì)含有直流分量,使磁滯回線產(chǎn)生偏移,即:變壓器的等效磁化曲線(等效負(fù)載曲線)出現(xiàn)上下平移。當(dāng)磁滯回線被移出安全區(qū)時(shí),開關(guān)變壓器的鐵芯也會(huì)出現(xiàn)磁飽和。這種情況也需特別考慮。

順便指出,雙激式開關(guān)變壓器的伏秒容量與單激式開關(guān)變壓器的伏秒容量,雖然在概念上完全相同,但其所包含的內(nèi)容是有很大差別的。雙激式開關(guān)變壓器的伏秒容量是相對(duì)于交流脈沖電壓而言,而單激式開關(guān)變壓器的伏秒容量是相對(duì)于直流脈沖電壓而言。在兩者數(shù)值均相等的情況下,兩者對(duì)磁通密度增量ΔB的取值范圍卻完全不一樣。

例如:在同樣的伏秒容量條件之下,對(duì)于雙激式開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的計(jì)算,可根據(jù)(2-17)式求得,磁通密度增量ΔB的取值范圍是2Bm;而對(duì)于單激式開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的計(jì)算,可根據(jù)(2-16)式求得,磁通密度增量ΔB的取值范圍是(Bm-Br)。如果兩者的變壓器鐵芯都不留氣隙,并且兩者的最大磁通密度Bm取值都一樣,為3000高斯;那么,前者的磁通密度增量可達(dá)6000高斯,而后者的磁通密度增量一般只有500高斯左右。

由此可見,前者的磁通密度增量是后者的12倍。如果把雙激式開關(guān)變壓器當(dāng)成單激式開關(guān)變壓器來(lái)使用,勢(shì)必會(huì)損壞。實(shí)際上,當(dāng)開關(guān)器件初始導(dǎo)通相位與雙激式變壓器鐵芯磁滯回線的初始相位發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)位時(shí),就相當(dāng)于雙激式變壓器被當(dāng)作單激式變壓器來(lái)使用。因此,采用單激式變壓器的設(shè)計(jì)方法來(lái)對(duì)單激式變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì),在使用中是最安全的。

目前很多大功率開關(guān)電源,特別是電視機(jī)開關(guān)電源,為了降低成本一般都不另外增設(shè)遙控開、關(guān)機(jī)輔助電源,電視機(jī)在待機(jī)的時(shí)候開關(guān)電源還是在工作的;為了降低待機(jī)功耗,開關(guān)電源在待機(jī)的時(shí)候,一般都是采用間歇工作的方式;開關(guān)電源工作于間歇,驅(qū)動(dòng)電路輸出的不是連續(xù)脈沖開關(guān)信號(hào),而是間隔好幾個(gè)周期才輸出一組或幾組脈沖開關(guān)信號(hào);這種工作方式很容易造成電源開關(guān)管導(dǎo)通相位與變壓器鐵芯磁滯回線的相位互相錯(cuò)位,使開關(guān)變壓器出現(xiàn)磁飽和而損壞。因此,很多電視機(jī)電源起火都不是電視機(jī)正在正常接收電視節(jié)目的時(shí)候,而是電視機(jī)處于待機(jī)休息的時(shí)候。這種情況需要特別注意。




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