開關(guān)電源變壓器參數(shù)、工作原理及作用

電源適配器廠家給大家介紹開關(guān)電源變壓器參數(shù)、工作原理及作用
一、開關(guān)電源變壓器參數(shù)

電壓比：指變壓器的初級(jí)電壓與次級(jí)電壓的比值。

直流電阻：即銅阻。

效率：即輸出功率/輸入功率*100［%］。

絕緣電阻：變壓器各繞組之間及對鐵心之間的絕緣能力。

抗電強(qiáng)度：變壓器在1秒或1分鐘之內(nèi)能承受規(guī)定電壓的程度。

二、開關(guān)變壓器工作原理及作用
開關(guān)電源適配器

對于開關(guān)電源，開關(guān)變壓器的工作原理與普通變壓器的工作原理是不同的。普通變壓器輸入的交流電壓或電流的正、負(fù)半周波形都是對稱的，并且輸入電壓和電流波形一般都是連續(xù)的，在一個(gè)周期之內(nèi)，輸入電壓和電流的平均值等于0，這是普通變壓器工作原理的基本特點(diǎn);而開關(guān)變壓器一般都是工作于開關(guān)狀態(tài)，其輸入電壓或電流一般都不是連續(xù)的，而是斷續(xù)的，輸入電壓或電流在個(gè)周期之內(nèi)的平均值大多數(shù)都不等于0，因此，開關(guān)變壓器也稱為脈沖變壓器，這是開關(guān)變壓器與普通變壓器在工作原理方面的較大區(qū)別。

除此之外，開關(guān)變壓器對于輸入電壓來說，有單激式和雙激式之分：對于輸出電壓來說，又有正激式和反激式之分。單激式和雙激式開關(guān)電源，或正激式和反激式開關(guān)電源，它們使用的開關(guān)變壓器，在工作原理方面也有很大的不同。

當(dāng)開關(guān)變壓器的輸入電壓為直流脈沖電壓時(shí)，稱為單極性脈沖輸入，這種單極性脈沖輸入的開關(guān)電源稱為單激式變壓器開關(guān)電源：當(dāng)開關(guān)變壓器的輸入電壓為正、負(fù)交替的脈沖電壓時(shí)，稱為雙極性脈沖輸入，這種雙極性脈沖輸入的開關(guān)電源稱為雙激式變壓器開關(guān)電源;當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出，這種開關(guān)電源稱為正激式變壓器開關(guān)電源;當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流脈沖電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。

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(jí)線圈上時(shí)，在開關(guān)變壓器的初級(jí)線圈中就有勵(lì)磁電流流過：同時(shí)，在開關(guān)變壓器的鐵芯中就會(huì)產(chǎn)生磁場，變壓器的鐵芯就會(huì)被磁化，在磁場強(qiáng)度為H的磁場作用下又會(huì)產(chǎn)生磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁力線通量，簡稱磁通，用“”表示：磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁通φ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(lì)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感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢：線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢為：

U=NdΦ/dt=NSdB/dt（2-4）

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

這里引進(jìn)磁感應(yīng)強(qiáng)度平均值的概念，是因?yàn)樽儔浩麒F芯中的磁通并不是均勻分布，磁感應(yīng)強(qiáng)度與鐵芯或鐵芯截面上的磁通實(shí)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(shí)候，有時(shí)需要使用平均值的概念，以便處理問題簡單

從（2-4）式可知，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化以等速變化進(jìn)行時(shí)，則可表示：

dB/dt=Ut/NS（2-5）

假定磁感應(yīng)強(qiáng)度的初始值為B（0）=B。（t=0），當(dāng)t》0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度以線性規(guī)律增長，磁感應(yīng)強(qiáng)度以線性規(guī)律增長，即：

B=B。+Ut/NS（2-6）

當(dāng)t=τ時(shí)，即時(shí)間達(dá)到脈沖的后沿時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到較大值Bm=B（τ）磁感應(yīng)強(qiáng)度增量（磁感應(yīng)強(qiáng)度初始值和后面值之差）△B=B（τ）-B（0）=Bm-B0

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

△B=Uτ/NS（2-7）

如果能忽略渦流的影響，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(jí)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、磁化電流和磁感應(yīng)強(qiáng)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)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度也相應(yīng)減弱，此時(shí)，在變壓器線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生反極性電壓，即反電動(dòng)勢。

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(gè)單極性脈沖分別輸入即可。

開關(guān)變壓器分單激式開關(guān)變壓器和雙激式開關(guān)變壓器，兩種開關(guān)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)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)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)變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙;而雙激式開關(guān)變壓器的鐵芯磁感應(yīng)強(qiáng)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，一般都不用留氣單激式開關(guān)變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開關(guān)變壓器的技術(shù)參數(shù)要求也不一樣：對正激式開關(guān)變壓器的初級(jí)電感量要求比較大，而對反激式開關(guān)變壓器初級(jí)電感量的要求，其大小還與輸出功率有關(guān)。

雙激式開關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較大，而單激式開關(guān)變壓器鐵芯的磁滯損耗比較小。這些參數(shù)基本上都與變壓器鐵芯的磁化曲線有關(guān)。

開關(guān)電源輸出電壓過低
根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)，除穩(wěn)壓控制電路會(huì)引起輸出電壓過低外，還有一些原因會(huì)引起輸出電壓過低，主要有以下幾點(diǎn)：
①開關(guān)電源負(fù)載有短路故障（特別是DC／DC變換器短路或性能不良等）。此時(shí)，應(yīng)斷開開關(guān)電源電路的所有負(fù)載，以區(qū)分是開關(guān)電源電路還是負(fù)載電路有故障。若斷開負(fù)載電路電壓輸出正常，說明是負(fù)載過重；若仍不正常，說明開關(guān)電源電路有故障。

②輸出電壓端整流二極管、濾波電容失效等，可以通過代換法進(jìn)行判斷。
③開關(guān)管的性能下降，必然導(dǎo)致開關(guān)管不能正常導(dǎo)通，使電源的內(nèi)阻增加，帶負(fù)載能力下降。

④開關(guān)變壓器不良，不但造成輸出電壓下降，還會(huì)造成開關(guān)管激勵(lì)不足從而屢損開關(guān)管。

⑤300V濾波電容不良，造成電源帶負(fù)載能力差，一接負(fù)載輸出電壓便下降。

三、開關(guān)電源控制環(huán)路穩(wěn)定性驗(yàn)證
開關(guān)電源環(huán)路的頻響特性，如果電源的負(fù)載特性在某一頻率下增益等于1(0dB)且相移量為180°時(shí)，那么電源控制環(huán)路將因出現(xiàn)同相正反饋(此相移量加原設(shè)定180°相移，總相移量為360°)，因而有足夠能量返回系統(tǒng)，并在此頻率下維持振蕩。為避免電源系統(tǒng)出現(xiàn)類似破壞性的不穩(wěn)定現(xiàn)象，通常情況下，環(huán)路控制電路都會(huì)采用反饋補(bǔ)償組件來降低高頻端的增益，使得開關(guān)電源在預(yù)設(shè)頻率范圍內(nèi)都保持穩(wěn)定。
環(huán)路穩(wěn)定性測試接線圖如圖2所示，將信號(hào)電阻（Inserted Resistor ）接入電源的環(huán)路控制電路中，注入一特定幅度和頻率范圍的掃頻干擾信號(hào)(OUT)，當(dāng)干擾信號(hào)達(dá)到一定的幅度時(shí)，環(huán)路系統(tǒng)便對干擾信號(hào)有所響應(yīng)，然后使用頻率響應(yīng)分析儀對電源環(huán)路輸出端(CH2)和電源環(huán)路干擾信號(hào)注入端(CH1)同時(shí)進(jìn)行比值跟蹤測量，則可以得出頻率與增益和相位的關(guān)系曲線圖——波特曲線圖（Bode Plot Graph)，如圖1所示。
在實(shí)際測試過程中應(yīng)注意的環(huán)節(jié)是注入電阻的位置，以及阻值大小。為了減小測量誤差，實(shí)測一般選取10～100Ω的電阻；干擾信號(hào)的大小一般要求其幅度不能超過輸出電壓的5%，否則測出來的結(jié)果是不準(zhǔn)確的。

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| 發(fā)布時(shí)間：2017.10.31 來源：電源適配器廠家

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