开关变压器或储能电感线圈的极限伏秒容量VTmax参数,其实与晶体管的最大集电极电压BVceo参数一样重要。在晶体管放大电路中,当晶体管集电极与发射极两端的电压超过最大集电极电压BVceo,晶体管就会被击穿损坏。同样,在开关电源中,当施加于开关变压器的伏秒容量(电压幅度与时间长度)超过极限伏秒容量VTmax时,开关变压器也要损坏,并且还会损坏电源开关管,及其它电路。
开关变压器伏秒容量的意义相当于图9中矩形的面积,面积的两条边分别由开关变压器的工作电压(直流脉冲幅度)V和通电持续时间T(脉冲宽度)的乘积组成。其极限伏秒容量相当于黄色区域部分的面积,绿色区域部分相当于开关变压器正常工作时伏秒容量的面积。
不过这里还应强调指出,只要伏秒容量的面积没有超出极限伏秒容量的面积,V或T任何一条边分别都可以超出图9中所示的,V或T边上的长度。
结合图8和图9,我们可以看出,使用开关变压器时,最好让流过开关变压器线圈的最大工作电流约等于图8中 ,或者让开关脉冲的宽度约等于。
当流过开关变压器线圈的最大工作电流等于图8中 时,开关变压器线圈的电感量为最大值 ;在此种情况下,开关变压器的工作效率最高,因为,此时开关变压器铁芯损耗与开关变压器线圈损耗的乘积最小(磁滞损耗与励磁电流的大小成正比,涡流损耗与磁通密度增量的平方成正比;铜阻的损耗与导线的长度成正比);并且,开关变压器的伏秒容量VTb与极限伏秒容量VTmax还有很大的安全距离。
目前,一般开关变压器还都大量选用铁氧体磁芯,这种铁氧体磁芯的磁饱和磁通密度Bs一般为4500~5000高斯,因此,由图8可以看出,开关变压器铁芯的最佳磁通密度Bb大约为磁饱和磁通密度Bs的一半左右,即:Bb = 2300~2500高斯。因此,当使用(4)式对开关变压器初级线圈进行计算的时候,公式中最大磁通密度Bm的取值,最好不要超过2500高斯。
由于开关变压器铁芯磁饱和磁通密度Bs参数的分散性,用什么方法,我们才能知道开关变压器的铁芯正好就工作于最佳磁通密度Bb的位置上呢?或者我们拿到一个开关变压器,到底应该取多大的脉冲宽度,以及占空比,或者工作频率,才合理呢?
这个必须通过对开关变压器伏秒容量的测量,才能最后作出决定,同时还可以检查开关变压器铁芯气隙长度留得是否合适。
下面我们通过对开关变压器伏秒容量进行测量的例子,进一步分析伏秒容量的实用意义。
四、开关变压器伏秒容量测量举例
上面我们已经分析开关变压器伏秒容量的意义和测量方法,下面我们再进一步举例来详细分析开关变压器伏秒容量的测量方法,以及通过对开关变压器伏秒容量的测量,验证开关变压器工作状态的合理性。
例1:电视机中使用的行扫描回扫开关变压器,简称高压包,其工作原理也属于反激式开关变压器,其初级线圈的电感量为6毫亨,工作电压一般为120V,正程扫描时间(脉冲宽度)τ 为52μS ,逆程扫描时间为12μS 。检测它的伏秒容量是否设计得合理,或是否工作与最佳工作状态。
为此,我们可以根据(8)式,先计算流过高压包初级线圈的最大电流Im,然后再求其极限电流Imax的值,即:测试时选用迭加电流的值。
把已知参数代入(8)式:
根据上面分析,以及图8和图9,正常工作时,流过高压包初级线圈的最大电流Im不应该超过极限电流值Imax的70%,由此,可以求得流过高压包初级线圈的极限电流Imax为1.49 A 。
上面计算出来的极限电流Imax值,就是用来测试高压包初级线圈的迭加电流的数值。根据图7,把电流源的电流设置为1.49 A,即:设置测试高压包初级线圈的迭加电流为1.49 A,然后测试高压包初级线圈的电感;如果测试结果Lx的数值等于或者大于初始电感L0的90%,则说明,高压包初级线圈的伏秒容量设计是合格的,即:高压包铁芯的磁通密度基本工作于最佳状态范围之内;如果测试结果Lx小于初始电感L0的90%,则说明,高压包初级线圈的伏秒容量余量太小,不合格,即:高压包铁芯的磁通密度工作于接近饱和区的范围之内,磁滞损耗以及涡流损耗比较大,并且开关变压器容易出现磁饱和。
对于高压包除了测试伏秒容量的大小之外,还应该检测开关变压器初级线圈的漏感。正常漏感的数值一般小于初级线圈电感量的2%,如果太大,则说明铁芯留的气隙长度过大,或者开关变压器初、次级线圈的绕线方法或结构不合理。
这里顺便说明,采用图7测试时应该注意的地方。图7中,隔离电感LT的数值要求是测试电感Lx数值的3倍以上,并且测量高压包初级线圈的初始电感值L0时,最好也要接入电路之中。这里,隔离电感LT可选取20毫亨以上的矽钢片直流电感,电感的铁芯要留有气隙;流电源可用一个稳压电源与一个大功率电阻串联代替,如图10,或用一个稳压电源与一个大功率晶体放大器串联来代替,如图11。
在图10中,E为稳压电源,R为大功率电阻,阻值范围在1~10欧姆比较合适,阻值太大损耗功率会很大;调节稳压电源的电压输出,就可以调节迭加电流的大小。