開關變壓器工作原理

對于開關電源，開關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的，在一個周期之內，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;而開關變壓器一般都是工作于開關狀態，其輸入電壓或電流一般都不是連續的，而是斷續的，輸入電壓或電流在個周期之內的平均值大多數都不等于0，因此，開關變壓器也稱為脈沖變壓器，這是開關變壓器與普通變壓器在工作原理方面的大區別。

　　除此之外，開關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電源，或正激式和反激式開關電源，它們使用的開關變壓器，在工作原理方面也有很大的不同。

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

　　設開關變壓器鐵芯的截面為S，當幅度為U、寬度為τ的矩形脈沖電壓施加到開關變壓器的初級線圈上時，在開關變壓器的初級線圈中就有勵磁電流流過：同時，在開關變壓器的鐵芯中就會產生磁場，變壓器的鐵芯就會被磁化，在磁場強度為H的磁場作用下又會產生磁感應強度為B的磁力線通量，簡稱磁通，用“”表示：磁感應強度B或磁通φ受磁場強度H的作用而發生變化的過程，稱為磁化過程。所謂的勵磁電流，就是讓變壓器鐵芯充磁和消磁的電流。

　　根據法拉第電磁感應定理，電感線圈中的磁場或磁感應強度發生變化時，將在線圈中產生感應電動勢：線圈中感應電動勢為：

　　U=NdΦ/dt=NSdB/dt（2-4）

　　式中，N為開關變壓器的初級線圈的匝數：Φ=SB為變壓器鐵芯的磁通量;B為變壓器鐵芯的磁感應強度或磁感應強度平均值。

　　這里引進磁感應強度平均值的概念，是因為變壓器鐵芯中的磁通并不是均勻分布，磁感應強度與鐵芯或鐵芯截面上的磁通實際分布有關。因此，在分析諸如變壓器的某些宏觀特性的時候，有時需要使用平均值的概念，以便處理問題簡單

　　從（2-4）式可知，當磁感應強度的變化以等速變化進行時，則可表示：

　　dB/dt=Ut/NS（2-5）

　　假定磁感應強度的初始值為B（0）=B。（t=0），當t》0時，磁感應強度以線性規律增長，磁感應強度以線性規律增長，即：

　　B=B。+Ut/NS（2-6）

　　當t=τ時，即時間達到脈沖的后沿時，磁感應強度達到大值Bm=B（τ）磁感應強度增量（磁感應強度初始值和終值之差）△B=B（τ）-B（0）=Bm-B0

　　當輸入電壓是一序列單極性矩形脈沖時，根據電磁感應定律，在變壓器鐵芯中將產生一個磁感應強度增量與之對應，即：

　　△B=Uτ/NS（2-7）

　　如果能忽略渦流的影響，則磁場強度H的平均值取決于導磁體材料的性質。變壓器初級線圈內的磁化電流的增長與H成正比。在特性曲線的直線段內磁場強度H、磁化電流和磁感應強度B都以線性變化。

　　脈沖電壓作用結束后（t》τ），變壓器中的磁化電流將按變壓器的輸出電路特性，即電路參數確定的規律下降，變壓器鐵芯內的磁場強度和磁感應強度也相應減弱，此時，在變壓器線圈內會產生反極性電壓，即反電動勢。

　　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單極性脈沖分別輸入即可。

　　開關變壓器分單激式開關變壓器和雙激式開關變壓器，兩種開關變壓器的工作原理和結構并不是*一樣的。單激式開關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，在單激式開關變壓器的鐵芯中一般都要留氣隙;而雙激式開關變壓器的鐵芯磁感應強度變化范圍相對來說比較大，一般不容易出現磁飽和現象，因此，一般都不用留氣單激式開關變壓器還分正激式和反激式兩種，對兩種開關變壓器的技術參數要求也不一樣：對正激式開關變壓器的初級電感量要求比較大，而對反激式開關變壓器初級電感量的要求，其大小還與輸出功率有關。

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