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開關變壓器的伏秒容量與測量(連載4)
陶顯芳
摘要: 舉例來詳細分析開關變壓器伏秒容量的測量方法,,以及通過對開關變壓器伏秒容量的測量,,驗證開關變壓器工作狀態(tài)的合理性,。
Abstract:
Key words :

   在圖11中,E為穩(wěn)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);調節(jié)穩(wěn)壓電源的電壓輸出,,或改變可變電阻的阻值,,就可以改變迭加電流的大小,但晶體管大功率放大器集電極與發(fā)射極之間的電壓降不要大于10V,,否則,,晶體管大功率放大器的損耗將很大。一般穩(wěn)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,。

    這里特別指出,,在測試高壓包初級線圈的初始電感L0的時候,高壓包的鐵芯必須要退磁,,否則,,測試結果將不準確。一般帶有磁性的開關變壓器初級線圈的電感量,,要略大于沒帶磁性開關變壓器初級線圈的電感量,。高壓包退磁的方法請參考圖13和圖14,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于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,。

    這里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的關系。圖12是電流平均值Ip與最大電流Im和極限電流Imax之間的關系圖,。

    圖12中,,Ip為流過高壓包初級線圈的平均電流,Ipτ1 為正程掃描期間,,流過高壓包初級線圈的平均電流,; I m為正程掃描期間,流過高壓包初級線圈的最大電流,; I max為正程掃描期間,,流過高壓包初級線圈的極限電流; τ1為正程掃描時間(52μΛS ),, τ2為逆程掃描時間(12 μS),, 為極限正程掃描時間。

    例2:電視機開關電源一般都是脈沖調寬式反激式開關電源,,它有兩種工作方式:一種是脈沖調寬兼調頻工作方式,;另一種工作方式是工作頻率不變,只對脈沖寬度進行調制,。前一種工作方式多在自激式開關電源中使用,,后一種工作方式多在由集成電路構成的他激式開關電源中使用。

    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,。由于開關管的耐壓一般最高只有600V,,并且還要預留最少20%的余量,因此,,在最高工作電壓和負載最重的狀態(tài)下,,開關電源的占空比最大只能取0.25,即:D = 0.25 ,;當開關電源的負載為最重的時候,,占空比也處于最大值。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沖寬度 τ= 6.25μS ,。

    根據上面已知參數(shù)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,然后再求其極限電流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,。

    根據前面分析,以及圖8和圖9,,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 ,。

    上面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(shù)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,,然后測試開關變壓器初級線圈的電感,;如果測試結果Lx等于或者大于初始電感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小于初始電感L0的90%,,則說明,開關變壓器初級線圈的伏秒容量余量非常小,,不合格,。

    順便說明,開關變壓器的伏秒容量不但與工作電壓有關,,而且還與開關電源的占空比有關,,即:與脈沖寬度有關。

    假設其它參數(shù)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 ,。當開關電源的工作頻率為40kHz時,,電源開關管導通時的脈沖寬度τ = 19.27μS ,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,,后者的平均電流為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,。

    同理,,除了測試開關變壓器初級線圈伏秒容量的大小之外,還應該檢測開關變壓器初級線圈的漏感大小,。正常漏感的數(shù)值一般小于初級線圈電感量的2%,,如果太大,則說明鐵芯留的氣隙長度過大,,或者開關變壓器初,、次級線圈的繞線方法或結構不合理,。

    如果我們通過測試,已經知道開關變壓器初級線圈的極限電流Imax數(shù)值,,我們又怎么來確定開關變壓器的工作電壓和脈沖寬度τ呢,?

    開關變壓器的工作電壓和脈沖寬度τ 的關系,同樣可以根據(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,,即可求得最大脈沖寬度τm ,。

    然后再根據脈沖寬度 進一步求占空比D和工作頻率。下面(16)式和(17)式是計算脈沖寬度 τ和占空比D以及工作頻率的關系式:

    (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, τ為脈沖寬度,,T為開關電源的工作周期,,F(xiàn)為工作頻率,E為開關電源的工作電壓,, 為電源開關管集電極(或漏極)的最大工作電壓,。一般 Ucmax最多只能取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%的余量,。

    對于開關變壓器伏秒容量的測試,必須結合具體電路進行,。首先用示波器測量,,在最高輸入電壓和負載最重的狀態(tài)之下,電源開關管導通時的脈沖寬度 τ(或占空比D),;然后測試電源開關管集電極的最大工作電壓Ucmax ,,并且要求Ucmax 小于電源開關管最大耐壓值BVceo的80% ;隨后才根據(8)式計算流過開關變壓器初級線圈的最大電流Im和極限電流值Imax,,最后采用圖7,、圖10、圖11的方法來對開關變壓器的極限伏秒容量VTmax進行測量和計算,。

    順便指出,,決定開關電源占空比D大小的主要因數(shù)是開關電源的輸入電壓與輸出電壓比Ui:Uo,即:開關變壓器初,、次級線圈的匝數(shù)比n,。檢查 Ucmax的大小,實際上也是檢查開關變壓器初,、次級線圈的匝數(shù)比n是否設計得合理,。

    此方法的好處是,,不但可以對開關變壓器的關鍵技術參數(shù)進行測試和監(jiān)控,同時也可以檢查設計師設計電路的參數(shù)是否合理,。

    這里還需特別指出,,在測試開關變壓器初級線圈的初始電感L0的時候,開關變壓器的鐵芯必須要退磁,,否則,,測試結果將不準確。一般帶有磁性的開關變壓器初級線圈的電感量,,要略大于沒帶磁性開關變壓器初級線圈的電感量,。開關變壓器退磁的方法請參考圖13和圖14,以及說明,。

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