現(xiàn)代電子設(shè)備對電源的工作效率、體積以及安全要求等技術(shù)性能指標(biāo)越來越高，在開關(guān)電源中決定這些技術(shù)性能指標(biāo)的諸多因素中,，基本上都與開關(guān)變壓器的技術(shù)指標(biāo)有關(guān),。開關(guān)電源變壓器是開關(guān)電源中的關(guān)鍵器件，因此,，在這一節(jié)中我們將非常詳細(xì)地對與開關(guān)電源變壓器相關(guān)的諸多技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析。

    在分析開關(guān)變壓器的工作原理的時候,，必然會涉及磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及磁通量等概念,，為此，這里我們首先簡單介紹它們的定義和概念,。

    在自然界中無處不存在電場和磁場,，在帶電物體的周圍必然會存在電場，在電場的作用下,，周圍的物體都會感應(yīng)帶電,；同樣在帶磁物體的周圍必然會存在磁場，在磁場的作用下,，周圍的物體也都會被感應(yīng)產(chǎn)生磁通,。

    現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流,。磁性材料或磁感應(yīng)也不例外，鐵磁現(xiàn)象的起源是由于材料內(nèi)部原子核外電子運(yùn)動形成的微電流,，亦稱分子電流,，這些微電流的集合效應(yīng)使得材料對外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁特性。因為每一個微電流都產(chǎn)生磁效應(yīng),，所以把一個單位微電流稱為一個磁偶極子,。因此，磁場強(qiáng)度的大小與磁偶極子的分布有關(guān),。

    在宏觀條件下,，磁場強(qiáng)度可以定義為空間某處磁場的大小。我們知道,，電場強(qiáng)度的概念是用單位電荷在電場中所產(chǎn)生的作用力來定義的,，而在磁場中就很難找到一個類似于“單位電荷”或“單位磁場”的帶磁物質(zhì)來定義磁場強(qiáng)度，為此,，電場強(qiáng)度的定義只好借用流過單位長度導(dǎo)體電流的概念來定義磁場強(qiáng)度,，但這個概念本應(yīng)該是用來定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度的，因為電磁場是可以互相產(chǎn)生感應(yīng)的,。

    幸好,，電磁感應(yīng)強(qiáng)度不但與流過單位長度導(dǎo)體的電流大小相關(guān)，而且還與介質(zhì)的屬性有關(guān),。所以,，電磁感應(yīng)強(qiáng)度可以在磁場強(qiáng)度的基礎(chǔ)上再乘以一個代表介質(zhì)屬性的系數(shù)來表示。這個代表介質(zhì)屬性的系數(shù)人們把它稱為導(dǎo)磁率,。

    在電磁場理論中,，磁場強(qiáng)度H的定義為：在真空中垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線，受到的磁場的作用力F跟電流I和導(dǎo)線長度 的乘積I 的比值,，稱為通電直導(dǎo)線所在處的磁場強(qiáng)度,。或：在真空中垂直于磁場方向的1米長的導(dǎo)線,，通過1安培的電流,，受到磁場的作用力為1牛頓時，通過導(dǎo)線所在處的磁場強(qiáng)度就是1奧斯特(Oersted),。

    電磁感應(yīng)強(qiáng)度一般也稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度,。由于在真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度在數(shù)值上完全相等，因此,，磁感應(yīng)強(qiáng)度在真空中的定義與磁場強(qiáng)度在真空中的定義是完全相同的,。所不同的是磁場強(qiáng)度H與介質(zhì)的屬性無關(guān)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B卻與介質(zhì)的屬性有關(guān),。

    但很多書上都用上面定義磁場強(qiáng)度的方法來定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度,，這是很不合理的,；因為，電磁感應(yīng)強(qiáng)度與介質(zhì)的屬性有關(guān),，那么,，比如在固體介質(zhì)中，人們就很難用通電直導(dǎo)線的方法來測量通電直導(dǎo)線在磁場中所受的力,，既然不能測量,，就不應(yīng)該假設(shè)它所受的力與介質(zhì)的屬性有關(guān)。其實介質(zhì)的導(dǎo)磁率也不是通過作用力來測量的,，而是通過電磁感應(yīng)的方法來測量的,。
    電磁感應(yīng)強(qiáng)度一般簡稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。   磁場強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B由下面公式表示：


    （2-1）式中磁場強(qiáng)度H的單位為奧斯特（Oe）,，力F的單位為牛頓（N）,，電流I的單位為安培（A），導(dǎo)線長度的單位為米（m）,。（2-2）式中,，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為特斯拉（T）， 為導(dǎo)磁率,，單位為亨/米（H/m）,，在真空中的導(dǎo)磁率記為 ， = 1,。由于特斯拉的單位太大,，人們經(jīng)常使用高斯（Gs）作為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位。1特斯拉等于10000高（1T=104Gs）,。

    由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示,，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B又可定義為磁力線通量的密度，即：單位面積內(nèi)的磁力線通量,。磁力線通量密度可簡稱為磁通密度,，因此，電磁感應(yīng)強(qiáng)度又可以表示為：
   
    （2-3）式中,，磁通密度B的單位為特斯拉（T）,，磁通量的單位為韋伯（Wb），面積的單位為平方米（m2）,。如果磁通密度B用高斯（Gs）為單位，則磁通量的單位為麥克斯韋（Mx）,，面積的單位為平方厘米（cm2）,。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs）,，1韋伯等于10000麥克斯韋（1Wb = 104Mx）,。

    電磁感應(yīng)強(qiáng)度除了可以稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度,、磁通密度外，很多人還把它稱為磁感密度,。至此,，已經(jīng)說明，電磁感應(yīng)強(qiáng)度B,、磁感應(yīng)強(qiáng)度B,、磁通密度B、磁感應(yīng)密度B等,，在概念上是完全可以通用的,。

    順便說明，在其它書上有人把磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義為：B = (H+M),，其中H和M分別是磁化強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度,，而 是真空導(dǎo)磁率。為了簡單,，我們不準(zhǔn)備引入太多的其它概念,，如有特別需要，可通過（2-2）式的定義來與其它概念進(jìn)行轉(zhuǎn)換,。

    這里還需要強(qiáng)調(diào)指出,，用來代表介質(zhì)屬性的導(dǎo)磁率并不是一個常數(shù)，而是一個非線性函數(shù),，它不但與介質(zhì)以及磁場強(qiáng)度有關(guān),，而且與溫度還有關(guān)。因此,，導(dǎo)磁率所定義的并不是一個簡單的系數(shù),，而是人們正在利用它來掩蓋住人類至今還沒有完全揭示的，磁場強(qiáng)度與電磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的內(nèi)在關(guān)系,。不過為了簡單,，當(dāng)我們對磁場強(qiáng)度與電磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行分析的時候，還是可以把導(dǎo)磁率當(dāng)成一個常數(shù)來看待,，或者取它的平均值或有效值來進(jìn)行計算,。
    開關(guān)變壓器一般都是工作于開關(guān)狀態(tài)；當(dāng)輸入電壓為直流脈沖電壓時,，稱為單極性脈沖輸入,，如單激式變壓器開關(guān)電源；當(dāng)輸入電壓為交流脈沖電壓時,，稱為雙極性脈沖輸入,，如雙激式變壓器開關(guān)電源；因此，開關(guān)變壓器也可以稱為脈沖變壓器,，因為其輸入電壓是一序列脈沖,；不過要真正較量起來的時候，開關(guān)變壓器與脈沖變壓器在工作原理上還是有區(qū)別的,，因為開關(guān)變壓器還分正,、反激輸出，這一點(diǎn)后面還將詳細(xì)說明,。

    設(shè)開關(guān)變壓器鐵芯的截面為S,，當(dāng)幅度為U、寬度為τ的矩形脈沖電壓施加到開關(guān)變壓器的初級線圈上時,，在開關(guān)變壓器的初級線圈中就有勵磁電流流過,；同時，在開關(guān)變壓器的鐵芯中就會產(chǎn)生磁場,，變壓器的鐵芯就會被磁化,，在磁場強(qiáng)度為H的磁場作用下又會產(chǎn)生磁通密度為B的磁力線通量，簡稱磁通,，用“”表示,；磁通密度B或磁通 受磁場強(qiáng)度H的作用而發(fā)生變化的過程，稱為磁化過程,。所謂的勵磁電流,，就是讓變壓器鐵芯充磁和消磁的電流。

    根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定理,，電感線圈中的磁場或磁通密度發(fā)生變化時,，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；線圈中感應(yīng)電動勢為：

    式中,，N為開關(guān)變壓器的初級線圈的匝數(shù),； 為變壓器鐵芯的磁通量；B為變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁通密度平均值,。

    這里引進(jìn)磁通密度平均值的概念,，是因為變壓器鐵芯中的磁通并不是均勻分布，磁通密度與鐵芯或鐵芯截面上的磁通實際分布有關(guān),。因此,，在分析諸如變壓器的某些宏觀特性的時候，有時需要使用平均值的概念,，以便處理問題簡單,。

    從（2-4）式可知，磁通密度的變化以等速變化進(jìn)行,，即：

    假定磁通密度的初始值為B(0) = Bo（取t = 0）,，當(dāng)t > 0時，磁通密度以線性規(guī)律增長,，磁通密度以線性規(guī)律增長,，即：

    當(dāng)t = τ時，即時間達(dá)到脈沖的后沿時,，磁通密度達(dá)到最大值Bm = B(τ),。磁通密度增量（磁通密度初始值和最終值之差）?B = B(τ)－B(0) = Bm－Bo 。

    當(dāng)輸入電壓是一序列單極性矩形脈沖時,，根據(jù)電磁感應(yīng)定律,，在變壓器鐵芯中將產(chǎn)生一個磁通密度增量與之對應(yīng)，即：

    如果能忽略渦流影響,，則磁場強(qiáng)度H的平均值取決于導(dǎo)磁體材料的性質(zhì),。變壓器初級線圈內(nèi)的磁化電流的增長與H成正比。在特性曲線的直線段內(nèi)磁場強(qiáng)度H,、磁化電流 和磁通密度B都以線性變化,。

    脈沖電壓作用結(jié)束后( t > τ )，變壓器中的磁化電流將按變壓器的輸出電路特性,，即電路參數(shù)確定的規(guī)律下降,，變壓器鐵芯內(nèi)的磁場強(qiáng)度和磁通密度也相減弱，此時變壓器線圈內(nèi)產(chǎn)生反極性電壓,，即反電動勢,。變壓器的輸出電路特性實際上就是第一章中已經(jīng)詳細(xì)介紹過的正、反激電壓輸出電路特性,。

    上面分析雖然都是以單極性脈沖輸入為例,，但對雙極性脈沖輸入同樣有效；在方法上,，只須把雙極性脈沖輸入看成是兩個單極性脈沖分別輸入即可,。

    開關(guān)電源變壓器分單激式開關(guān)電源變壓器和雙激式開關(guān)電源變壓器，兩種開關(guān)電源變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)并不是完全一樣的,。單激式開關(guān)電源變壓器的輸入電壓是單極性脈沖,，并且還分正反激電壓輸出；而雙激式開關(guān)電源變壓器的輸入電壓是雙極性脈沖,，一般是雙極性脈沖電壓輸出,。

    另外，為了防止磁飽和,，在單激式開關(guān)電源變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙,；而雙激式開關(guān)電源變壓器的鐵芯磁通密度變化范圍相對來說比較大，一般不容易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象,，因此,，一般都不用留氣隙。

    單激式開關(guān)電源變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開關(guān)電源變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣,；對正激式開關(guān)電源變壓器的初級電感量要求比較大,，而對反激式開關(guān)電源變壓器初級電感量的要求，其大小卻與輸出功率有關(guān),。

    雙激式開關(guān)電源變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大,，而單激式開關(guān)電源變壓器鐵芯的磁滯損耗卻比較小。這些參數(shù)基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線有關(guān),。
 
歷史趣聞：
    磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的概念一直以來都比較混亂,，這是因為歷史的原因。1900年,，國際電學(xué)家大會贊同美國電氣工程師協(xié)會(AIEE)的提案,，決定CGSM制磁場強(qiáng)度的單位名稱為高斯，這實際上是一場誤會,。AIEE原來的提案是把高斯作為磁通密度B的單位,，由于翻譯成法文時誤譯為磁場強(qiáng)度，造成了混淆,。當(dāng)時的CGSM制和高斯單位制中真空磁導(dǎo)率是無量綱的純數(shù)1,，所以，真空中的B和H沒有什么區(qū)別,，致使一度B和H都用同一個單位——高斯,。

    1930年7月，國際電工委員會才在廣泛討論的基礎(chǔ)上作出決定：真空磁導(dǎo)率有量綱,，B和H性質(zhì)不同,，B和D對應(yīng)，H和E對應(yīng),，在CGSM單位制中以高斯作為B的單位,，以奧斯特作為H的單位。

    直至1960年第十一屆國際計量大會決定：將六個基本單位為基礎(chǔ)的單位制,，即米,、千克、秒,、安培,、開爾文和坎德拉，命名為國際單位制,，并以SI(法文Le System International el"Unites的縮寫)表示,，磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度的概念才基本得到統(tǒng)一。

    由于歷史的原因,，在電磁單位制中還經(jīng)常使用兩種單位制,，一種是SI國際單位制,，另一種CGSM（厘米、克,、秒）絕對單位制,；兩個單位的主要區(qū)別是，在CGSM單位制中真空導(dǎo)磁率,，在SI單位制中真空導(dǎo)磁率,。因此,，只需要在CGSM單位制前面乘以一個系數(shù) ,，即可把CGSM單位制轉(zhuǎn)換成SI單位制，一般可寫成 或 ,，看到這個符號即可知道是采用SI單位制,；但這里的 或 一般稱為相對導(dǎo)磁率，是一個不帶單位的系數(shù),，而則要帶單位,。