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开关变压器第四讲 直流脉冲对铁芯的磁化 网时间：2009-06-23 作者：康佳集团彩电技术开发中心总体技术设计所所长/高级工程师 陶显芳 直流脉冲对铁芯的磁化过程类似电容器充、放电，不同之处在于当电流消失之后铁芯中存在剩磁。经过N 个直流脉 冲之后，磁通密度和磁场强度以及磁矫顽力三者之间会形成一个动态平衡点，使变压器铁芯中的最大磁通密度Bm 和剩余磁通密度Br 能够达到相对稳定。具体分析请看文中图形。 为了简单起见，我们把单激式变压器开关电源等效成如图2-1 所示电路，其中我们把直流输入电压通过控制开关通、 断的作用，看成是一序列直流脉冲电压，即单极性脉冲电压，直接给开关变压器供电。这里我们特别把变压器称为 开关变压器，以表示图2-1 所示电路与一般电源变压器电路在工作原理 面还有区别的。 在一般的电源变压器电路中，当电源变压器两端的输入电压为0 时，表示输入端是短路的，因为电源内阻可以看作 为0；而在开关变压器电路中，当开关变压器两端的输入电压为0 时，表示输入端是开路的，因为电源内阻可以看 作为无限大。 在图2-1 中，当一组序列号为1、2、3、 的直流脉冲电压分别加到开关变压器初级线圈a、b 两端时，在开关变压 器的初级线圈中就会有励磁电流流过，同时，在开关变压器的铁芯中就会产生磁场，在磁场强度为H 的磁场作用下 又会产生磁通密度为B 的磁力线通量，简称磁通，用“ ”表示。 在变压器铁芯中，磁通密度B 或磁通 受磁场强度H 的作用而发生变化的过程，称为磁化过程；因此，用来描述 磁通密度B 与磁场强度H 之间对应变化的关系曲线，人们都把它称为磁化曲线。图2-2 是单激式开关变压器铁芯被 磁化时，磁通密度B 与磁场强度H 之间对应变化的关系曲线图。 顺便指出，在分析变压器铁芯的磁化过程中，经常使用磁通密度和磁感应强度这两个名称，这两个名称在本质 没 区别，互相可以通用，不同场合使用不同名称，只是为了使用方便。 如果开关变压器的铁芯在这之前从来没有被任何磁场磁化过，并且开关变压器的伏秒容量足够大，那么，当第一个 直流脉冲电压加到变压器初级线圈a、b 两端时，在变压器初级线圈中将有励磁电流流过，并在变压器铁芯中产生 磁场。 在磁场强度H 的作用下，变压器铁芯中的磁感应强度B 将会按图2-2 中0-1 磁化曲线 ；当第一个直流脉冲电压 将要结束时，磁场强度达到第一个最大值Hm1，同时磁感应强度将会被磁场强度磁化到第一个最大值Bm1 ；由此 产生一个磁感应强度增量ΔB，ΔB = Bm1－ 0 。磁感应强度增加，表示流过变压器初级线圈中的励磁电流产生的 磁场在对变压器铁芯进行充磁。 当序列脉冲电压加到开关变压器初级线圈 a、b 两端时，在变压器铁芯中会产生的磁场，这磁场完全是由流过变压 器初级线圈的励磁电流产生的，流过变压器初级线圈的励磁电流为： （2-8）式中， 为流过变压器初级线圈的励磁电流，E 为加到变压器初级线圈两端的电压，L1 为变压器初级线 圈的电感量，t 为时间， （0 ）为初始电流，即t = 0 时流过变压器初级线圈的励磁电流。 如果脉冲序列的占空系数 （占空比）满足磁化电流在后一个脉冲进入前下降为零，即开关电源工作于电流临界连续 或不连续状态。 当第一个直流脉冲结束以后，由于开关变压器初级线圈开路，虽然流过变压器初级线圈中的励磁电流下降到零，但 磁场强度H 不会马 下降到零；此时，变压器的初、次级线圈会同时产生反电动势，由于反电动势的作用，在变压 器的初、次级线圈回路中都会有电流流过，这种回路电流属于感应电流，或称感生电流。 当第一个直流脉冲结束时，如果开关变压器初级线圈不开路，反电动势会对输入电压进行反充电；如果开关变压器 初级线圈是开路的，反电动势会对初级线圈中的分布电容进行充放电，从而会在初级线圈内部产生高频振荡。 由反电动势产生的感应电流会在变压器铁芯中产生反向磁场，使变压器铁芯退磁，磁场强度 H 开始由第一最大值 Hm1 逐步下降到0；但变压器铁芯中的磁通密度B 并不是按充磁时的0-1 磁化曲线原路返回，跟随磁场强度下降到 零，而是按另一条新的磁化曲线1-2 返回到2 点；即：第一个剩余磁通密度Br1 处。因此，人们都习惯地把磁通密 度位于 2 点的值，称为剩余磁通密度，或简称“剩磁”。变压器铁芯有剩磁说明变压器铁芯有记忆特性，这是铁磁材 料的基本特性。 磁场强度H 下降到零，但变压器铁芯中的磁通密度不能跟随磁场强度下降到零，而只能下降到某个磁通密度剩余值， 这种现象称为变压器铁芯具有磁矫顽力，简称矫顽力，用 Hc 表示。变压