2) “不完全能量转换(电感电流连续) 方式”: 储存在变压器中的一部分能量在ton末保留到下一个ton周期的开始。
T 导通期间,进行电能的储存,由等效电可知D 处于截止,此时可以把变压器看作一个电感,如图2 所示。在此期间IL = IP ,原边电流IP 的变化由dip/ dt = Us/ Lp 决定, IP 线性增加,磁强度将从Br增加到工作峰值Bw 。
在图3 中当T 关断,初级电流必定为零,D 导通,电流将出现在副边,通过负载续流,进行能量。工作于完全能量转换方式时,toff总是大于ton ,因此在反激期间,磁强度将从Bw 下降到Br ,副边电流将以一定速率衰减,此速率由副边电压和副边电感决定,即:dis/ dt = U’S/ LS采用不完全能量传递方式,由于出现了直流分量,为避免磁心饱和需加气隙,见图4 。
气隙的加入,使磁化曲线向H 轴倾斜,磁滞回线与B 轴包围的面积增加,从而使变压器传递的能量增加。在传递一定能量的要求下,可以把△B 的取值设计的小一些,以减少磁滞损耗,利于提高工作频率,进一步减小原副边中的纹电流。
气隙的加入可使磁滞回线向H 轴倾斜,其斜率随着气隙的大小而变化,但有无气隙并不影响饱和磁强度的大小。在有气隙时,磁强强度H 明显增大,剩余磁强度Br 明显减小,这些变化,对反激变换器来说都常有利的。如图5 所示。由于反激变换器的磁心只工作在第一象限,磁心在交流或直流作用下的磁滞回线 在交流电流下气隙的作用
在开关T 导通期间所外加的电压比例于B - H 平面,垂直于△Bac的振幅,对应于横轴有△Hac的变化。在有气隙时,B - H 特性斜率减小,曲线向横轴靠拢,在△Bac不变的情况下, △Hac将大大增加,这相当于有效地减小磁心的有效磁导率和减少原边绕组的匝数,但不能改变交变磁通量或改变磁心的交流性能。
下气隙的作用在变压器绕组中的直流成分可在B - H 回环的水平轴上产生一直流磁力Hdc (Hdc与直流安匝数成正比) ,对于一个确定的副边电流负载,Hdc的值是不确定的。在没有饱和的条件下,带有气隙磁心可加上更大的H 值(直流电流) ,由图6 可知,H 的更大值已足以使没有气隙的磁心达到饱和。因此,有大直流电流时,气
隙对防止磁心饱和是有效的。总之,外加的伏秒值、匝数和磁心面积决定了B 轴上的△Bac ;直流的平均电流值、匝数和磁的长度决定了H 轴上的Hdc 值的。△Bac对应了△Hac的范围,气隙大, △Hac就大。必须有足够的线圈匝数和磁心面积来平衡外加的伏秒值;必须有足够的磁心气隙来防止饱和状态并平衡直流分量。
由于在T 截止期间,变压器绕组中储存的能量向负载,因此变压器初级绕组电感值不同将直接影响放电时,并且对电
中的电压、电流波形都有很大的影响,图7 给出了电感为不同值时的电流电压波形。从图中可以看出,电感越小,充电时越小,峰值电流越大。这不仅使开关管
的开关应力增大,而且造成输出电压纹波增大,当电感过小时会造成负载电流不连续的间断波形。开关管T 导通时,在变压器初级电感中储存的能量,在开关管截止结束(下一周期导通开始)时完毕,此时变压器初级绕组所具有的电感值称为变压器的临界电感,其计算公式为:
当初级电感Lp 大于临界电感Lmin时,变换器处于“不完全能量转换”方式,此时峰值电流小,纹波小。但电感过大,会造成变压器体积增大,漏电感上升和成本升高。变压器原边绕组的电感值影响变压器的工作方式,但并不是变压器设计的重要参数。通常只在设计后期才考虑它的大小。
当变换器输入电压在一个较大范围内变化,或负载电流在较大范围内变化时,变换器必然会跨越完全能量传递和不完全能量传递两种工作方式,因而要求在两种工作方式下都能稳定工作。但要求同一个电在两种方式下都能稳定工作,在设计上常困难的。从实际应用情况来看,选择“不完全能量传递”方式,对于电的实现和性能的都是比较容易的。
该方式由于产生了直流分量,因而必须在磁心中加入气隙以防止饱和,但气隙的加入只能增大强度和降低剩余磁强度,并不能使饱和磁强度降低。变压器是开关变换器中必备的元器件。由于其涉及的参数太多,如电压、电流、频率、温度、能量、电感值、变、漏电感、磁材料参数、铜损、铁损等;各种参数不同额定值的组合,使磁性材料的规格极其繁多,厂家为用户备好现货是不可能的。所以变压器不象电子
元件可以有现成的成品选择,大多数情况下需要自行设计或提供参数委托设计加工。而变压器性能的好坏,不仅影响其本身的发热和效率等,还会影响到开关电源的技术性能和可靠性。因此,正确掌握变压器的工作状态就具有重要的意义。
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