中心議題：

• 開關(guān)變壓器伏秒容量的意義
• 開關(guān)變壓器伏秒容量測量舉例

解決方案：

• 行掃描回掃變壓器（高壓包）伏秒容量測定
• 電視機(jī)的行推動變壓器伏秒容量測定
• 開關(guān)電源變壓器伏秒容量測定

開關(guān)變壓器伏秒容量的意義
開關(guān)電源變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax參數(shù)，其實(shí)與晶體管的最大集電極電壓BVceo參數(shù)一樣重要。在晶體管放大電路中，當(dāng)晶體管集電極與發(fā)射極兩端的電壓超過最大集電極電壓BVceo，晶體管就會被擊穿損壞。同樣，在開關(guān)電源中，當(dāng)施加于開關(guān)電源變壓器的伏秒容量（電壓幅度與時(shí)間長度）超過極限伏秒容量VTmax時(shí)，開關(guān)電源變壓器也要損壞，并且還會損壞電源開關(guān)管。

開關(guān)變壓器伏秒容量的意義相當(dāng)于圖9中矩形的面積，面積的兩條邊分別由開關(guān)變壓器的工作電壓（直流脈沖幅度）V和通電持續(xù)時(shí)間T（脈沖寬度）的乘積組成。其極限伏秒容量相當(dāng)于黃色區(qū)域部分的面積，綠色區(qū)域部分相當(dāng)于開關(guān)變壓器正常工作時(shí)伏秒容量的面積。

不過這里還應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，只要伏秒容量的面積沒有超出極限伏秒容量的面積，V或T任何一條邊分別都可以超出圖9中所示V或T邊上的長度。
結(jié)合圖8和圖9，我們可以看出，開關(guān)變壓器平時(shí)工作時(shí)，流過開關(guān)變壓器線圈的最大工作電流為圖中 ，或開關(guān)脈沖的寬度為 是最好的。


在圖8中，當(dāng)流過開關(guān)變壓器線圈的最大工作電流為圖中 時(shí)，變壓器線圈的電感量為最大值 ；此種情況下，變壓器的工作效率最高，因?yàn)?，此時(shí)變壓器鐵芯損耗與變壓器線圈損耗的乘積最?。ù艤p耗與勵(lì)磁電流的大小成正比，渦流損耗與磁通密度增量的平方成正比；銅阻的損耗與導(dǎo)線的長度成正比）；并且，變壓器的伏秒容量VTb與極限伏秒容量VTmax還有很大的安全距離。

目前，一般開關(guān)電源變壓器還都大量選用鐵氧體磁芯，這種鐵氧體磁芯的磁飽和磁通密度Bs一般為4500～5000高斯，因此，根據(jù)圖8所示，可以看出，開關(guān)電源變壓器工作時(shí)，其鐵芯的最佳磁通密度Bb大約為磁飽和磁通密度Bs的一半左右，即：Bb = 2300～2500高斯。當(dāng)進(jìn)行開關(guān)電源和變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，即：用（4）式來計(jì)算變壓器初級線圈的時(shí)候，公式中的最大磁通密度Bm最好不要超過2500高斯。

另外，鐵氧體磁芯的居里溫度也比較低，一般都在120℃左右，因此，對開關(guān)變壓器進(jìn)行質(zhì)量檢查的時(shí)候，居里溫度參數(shù)也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。[page]

開關(guān)變壓器伏秒容量測量舉例
上面我們已經(jīng)分析開關(guān)變壓器伏秒容量的意義和測量方法，下面我們再進(jìn)一步舉例來詳細(xì)分析開關(guān)變壓器伏秒容量的測量方法。

例1：電視機(jī)中使用的行掃描回掃變壓器，簡稱高壓包，其工作原理也屬于反激式開關(guān)電源變壓器，其初級線圈的電感量為6毫亨，工作電壓一般為120V，正程掃描時(shí)間（脈沖寬度） 為52 ，逆程掃描時(shí)間為12 。

為此，我們可以根據(jù)（8）式，先計(jì)算流過高壓包初級線圈的最大電流Im，然后再求其極限電流Imax的值，即：測試時(shí)選用迭加電流的值。

把已知參數(shù)代入（8）式：

即：

根據(jù)圖8和圖9，正常工作時(shí)，流過高壓包初級線圈的最大電流Im不應(yīng)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1.49 A 。

上面計(jì)算出來的極限電流Imax值，就是用來測試高壓包初級線圈的迭加直流電流的數(shù)值。根據(jù)圖7，把恒流源的電流設(shè)置為1.49 A，即：測試高壓包初級線圈的迭加直流電流為1.49 A，然后測試高壓包初級線圈的電感；如果測試結(jié)果Lx的數(shù)值等于或者大于初始電感L0的90%，則說明，高壓包初級線圈的伏秒容量設(shè)計(jì)是合格的；如果測試結(jié)果Lx小于初始電感L0的90%，則說明，高壓包初級線圈的伏秒容量余量非常小，不合格。

這里順便說明，采用圖7測試時(shí)應(yīng)該注意的地方。圖7中，隔離電感LT的數(shù)值要求是測試電感Lx數(shù)值的3倍以上，一般可選取20毫亨矽鋼片直流電感，電感的鐵芯要留有氣隙；恒流電源可用一個(gè)穩(wěn)壓電源與一個(gè)大功率電阻串聯(lián)代替，如圖10，或用一個(gè)穩(wěn)壓電源與一個(gè)大功率晶體放大器串聯(lián)來代替，如圖11。





在圖10中，E為穩(wěn)壓電源，R為大功率電阻，阻值范圍在1～10歐姆比較合適，阻值太大損耗功率會很大；調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源的電壓輸出，就可以調(diào)節(jié)迭加電流的大小。

在圖11中，E為穩(wěn)壓電源，Rx為可調(diào)電阻，Q為晶體管大功率放大器（必須帶散熱片）；調(diào)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。[page]

這里特別指出，在測試高壓包初級線圈的初始電感L0的時(shí)候，高壓包的鐵芯必須要退磁，否則，測試結(jié)果將不準(zhǔn)確。
高壓包退磁的方法是用一個(gè)20～40歐姆的消磁熱敏電阻（可用兩個(gè)消磁熱敏電阻串聯(lián)）與高壓包初級線圈串聯(lián)，然后接到110～220V/50Hz交流電源上，大約需要20多秒鐘，待消磁熱敏電阻完全加熱后，即可達(dá)到退磁的目的，如圖13所示。圖13中RT為熱敏電阻，Lx為高壓包初級線圈。一般消磁電流需要達(dá)到極限電流Imax的3～5倍。

另外，迭加電流Imax的值一般是正常工作時(shí)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(shí)，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(shí)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 ，因此，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 。這個(gè)正好同時(shí)還可以檢測高壓包初級線圈的線徑的合理性，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(shè)計(jì)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(guān)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(guān)系圖。



圖12中，Ip為流過高壓包初級線圈的平均電流， 為正程掃描期間，流過高壓包初級線圈的平均電流； 為正程掃描期間，流過高壓包初級線圈的最大電流； 為正程掃描期間，流過高壓包初級線圈的極限電流； 為正程掃描時(shí)間（52 ）， 為逆程掃描時(shí)間（12 ）， 為極限正程掃描時(shí)間。

例2：電視機(jī)的行推動變壓器的工作原理也屬于反激式開關(guān)電源變壓器，其初級線圈的電感量大約為20毫亨，其工作電壓一般為一個(gè)寬度 = 32 ，幅度為24V的電壓脈沖，即占空比D = 0.5。[page]

我們可以根據(jù)（8）式，先計(jì)算流過行推動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：測試時(shí)選用迭加電流的值。
把已知參數(shù)代入（8）式：


即：

根據(jù)圖8和圖9，正常工作時(shí)，流過行推動變壓器初級線圈的最大電流Im，不應(yīng)該超過電流極限值Imax的70%，由此，可以求得流過行推動變壓器初級線圈的極限電流Imax為55 mA 。

上面計(jì)算出來的極限電流Imax值，就是用來測試行推動變壓器初級線圈的迭加直流電流的數(shù)值。根據(jù)圖7，把恒流源的電流設(shè)置為55 mA ，即：測試行推動變壓器初級線圈的迭加直流電流為55 mA，然后測試行推動變壓器初級線圈的電感；如果測試結(jié)果Lx等于或者大于初始電感L0的90%，則說明，行推動變壓器初級線圈的伏秒容量設(shè)計(jì)是合格的；如果測試結(jié)果Lx小于初始電感L0的90%，則說明，行推動變壓器初級線圈的伏秒容量余量非常小，不合格。

這里順便說明一下，行推動變壓器的占空比與行掃描回掃變壓器（高壓包）的占空比是不相同的，行掃描回掃變壓器（高壓包）有一部分時(shí)間工作于諧振狀態(tài)（偏轉(zhuǎn)線圈與逆程電容產(chǎn)生諧振），因此，行掃描回掃變壓器相當(dāng)于同時(shí)受到兩個(gè)開關(guān)進(jìn)行控制，其工作時(shí)間相對比較長。

另外，在測試行推動變壓器初級線圈的初始電感L0的時(shí)候，行推動變壓器的鐵芯也必須要退磁，否則，測試結(jié)果不準(zhǔn)確。
行推動變壓器的退磁方法與高壓包的退磁方法有一點(diǎn)不同，由于容許流過行推動變壓器的初級線圈的電流比較小，因此，在消磁電路中需要限流。

具體方法是，先用一個(gè)零點(diǎn)幾法拉的電容與行推動變壓器的初級線圈串聯(lián)，然后再與一個(gè)幾微法的電容并聯(lián)，最后再與一個(gè)20～40歐姆的消磁熱敏電阻（可用兩個(gè)消磁熱敏電阻串聯(lián)）串聯(lián)。退磁時(shí)把電路接到110～220V/50Hz交流電源上，大約需要20多秒鐘，待消磁熱敏電阻完全加熱后，即可達(dá)到退磁的目的，如圖14所示。

圖14中RT為熱敏電阻，Lx為行推動變壓器的初級線圈，C1為分流電容，C2為限流電容。電容C1和C2的大小，需根據(jù)行推動變壓器初級線圈勵(lì)磁電流的大小來決定。一般消磁電流需要達(dá)到極限電流Imax的3～5倍。



例3：電視機(jī)開關(guān)電源一般都是調(diào)寬式反激式開關(guān)電源，它有兩種工作方式，一種是調(diào)寬又調(diào)頻工作方式；另一種是工作頻率不變只調(diào)寬工作方式。前一種工作方式多在自激式開關(guān)電源中使用，后一種工作方式多在集成電路他激式開關(guān)電源中使用。

設(shè)一個(gè)100W電視機(jī)開關(guān)電源使用的開關(guān)電源變壓器，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(guān)管的耐壓一般最高只有600V，并且還要預(yù)留最少20%的余量，因此，在最高工作電壓和負(fù)載最重的狀態(tài)下，開關(guān)電源的占空比最大只能取0.25，即：D = 0.25 ；當(dāng)開關(guān)電源的負(fù)載為最重的時(shí)候，占空比也處于最大值。設(shè)開關(guān)電源的工作頻率為40kHz，當(dāng)占空比為最大值時(shí)電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的脈沖寬度 = 6.25 。

根據(jù)上面已知參數(shù)我們可以根據(jù)（8）式來計(jì)算流過開關(guān)電源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：測試時(shí)選用迭加電流的值。
把已知參數(shù)代入（8）式：


即：


根據(jù)圖8和圖9，正常工作時(shí)，流過開關(guān)電源變壓器初級線圈的最大電流Im，不應(yīng)該超過電流極限值Imax的70%，由此，可以求得流過開關(guān)電源變壓器初級線圈的極限電流Imax為3.21 A 。

上面計(jì)算出來的極限電流Imax值，就是用來測試開關(guān)電源變壓器初級線圈的迭加直流電流的數(shù)值。根據(jù)圖7，把恒流源的電流設(shè)置為3.21 A ，即：測試開關(guān)電源變壓器初級線圈的迭加直流電流為3.21 A，然后測試開關(guān)電源變壓器初級線圈的電感；如果測試結(jié)果Lx等于或者大于初始電感L0的90%，則說明，開關(guān)電源變壓器初級線圈的伏秒容量設(shè)計(jì)是合格的；如果測試結(jié)果Lx小于初始電感L0的90%，則說明，開關(guān)電源變壓器初級線圈的伏秒容量余量非常小，不合格。[page]

順便說明，開關(guān)電源變壓器的伏秒容量不但與工作電壓有關(guān)，而且還與開關(guān)電源的占空比有關(guān)，即：與脈沖寬度有關(guān)。
假設(shè)其它參數(shù)不變，而把工作電壓由360V降為110V時(shí)，開關(guān)電源的最大占空比可取值為0.7708，即：D = 0.7708 。當(dāng)開關(guān)電源的工作頻率為40kHz時(shí)，電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的脈沖寬度 = 19.27 ，由此可以求得流過開關(guān)電源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(guān)電源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，在選取變壓器初級線圈漆包線粗細(xì)的時(shí)候，一定要按平均電流的大小來選取。由此可知，一個(gè)雙電壓開關(guān)電源（110V/220V），其工作效率要比單電壓開關(guān)電源低，因?yàn)椋p電壓開關(guān)電源銅損要比較單電壓開關(guān)電源大。

開關(guān)電源變壓器的退磁方法與高壓包的退磁方法基本相同，請參考圖13。一般消磁電流需要達(dá)到極限電流Imax的3～5倍。

總 結(jié)
a.開關(guān)電源變壓器的伏秒容量VT等于工作電壓與脈沖寬度的乘積，由（5）式表示。



伏秒容量VT是表征開關(guān)電源變壓器工作時(shí)不產(chǎn)生磁飽和或變壓器鐵芯不會工作于磁飽和區(qū)的重要參數(shù)。正常工作時(shí)，開關(guān)電源變壓器的伏秒容量VT不應(yīng)該超出開關(guān)電源變壓器的極限伏秒容量VTmax 。

極限伏秒容量VTmax的定義是，讓開關(guān)電源變壓器的初級線圈通過一個(gè)直流，當(dāng)流過開關(guān)電源變壓器初級線圈的電流，使開關(guān)電源變壓器初級線圈的電感量Lx下降到初始電感量L0值的90%時(shí)，此時(shí)流過開關(guān)電源變壓器初級線圈電流的數(shù)值，就定義為開關(guān)電源變壓器初級線圈的極限電流Imax，對應(yīng)變壓器鐵芯中的磁通密度（磁感應(yīng)密度）稱為極限磁通密度Bmax；對應(yīng)開關(guān)電源變壓器的伏秒容量，稱為開關(guān)電源變壓器的極限伏秒容量VTmax。

對開關(guān)電源變壓器的極限伏秒容量VTmax進(jìn)行測試，可采用圖7、圖10、圖11所示的方法進(jìn)行，即：采用電流迭加的方法進(jìn)行測量。

b.測試開關(guān)電源變壓器的極限伏秒容量VTmax迭加電流的大小，由（8）式求得。


由（8）式計(jì)算出，在某工作電壓E和對應(yīng)的脈沖寬度 的條件下，流開關(guān)電源變壓器初級線圈的最大電流Im，然后乘以一個(gè)安全系數(shù)1.43，即可求得流開關(guān)電源變壓器初級線圈的極限電流Imax。此極限電流Imax就是用來測試開關(guān)電源變壓器極限伏秒容量時(shí)使用的迭加電流。Imax = 1.43Im；或 Im = 0.7 Imax

c.開關(guān)電源變壓器工作電壓的脈沖寬度 ，可由開關(guān)電源在某工作電壓狀態(tài)下（最高或最低），對應(yīng)的占空比D求得。下面（16）式和（17）式是計(jì)算脈沖寬度 和占空比D的關(guān)系式：




（16）式中，D為開關(guān)電源工作時(shí)的占空比，Dm為開關(guān)電源工作時(shí)的最大占空比， 為脈沖寬度，T為開關(guān)電源的工作周期，F(xiàn)為工作頻率，E為開關(guān)電源的工作電壓， 為電源開關(guān)管集電極（或漏極）的最大工作電壓。一般 最多只能取電源開關(guān)管最大耐壓值 的80% ，即選用電源開關(guān)管時(shí)，其耐壓要留有20%的余量。

d.對于高壓包以及行推動變壓器，由于其工作電壓和脈沖寬度基本上都是不變的，因此，對高壓包以及行推動變壓器伏秒容量的計(jì)算或測試，相對來說比較簡單；但對于開關(guān)變壓器的伏秒容量進(jìn)行計(jì)算或測試，就比較麻煩。

e.對于開關(guān)電源變壓器伏秒容量的測試，必須結(jié)合具體電路進(jìn)行。首先用示波器測量，在最高輸入電壓和負(fù)載最重的狀態(tài)之下，電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的脈沖寬度 （或占空比D）；然后測試電源開關(guān)管集電極的最大工作電壓 ，并且要求 小于電源開關(guān)管最大耐壓值 的80% ；隨后才根據(jù)（8）式計(jì)算流過開關(guān)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(guān)變壓器的極限伏秒容量VTmax進(jìn)行測量和計(jì)算。

順便指出，決定開關(guān)電源占空比D大小的主要因數(shù)是開關(guān)電源的輸入電壓與輸出電壓比Ui:Uo，即：開關(guān)電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比n。檢查 的大小，實(shí)際上也是檢查開關(guān)電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比n是否設(shè)計(jì)得合理。此方法的好處是，不但可以對開關(guān)變壓器的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測試和監(jiān)控，同時(shí)也可以檢查設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)電路的參數(shù)是否合理。