開關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì)方法

一、開關(guān)電源功率變壓器的特性

功率變壓器是開關(guān)電源中非常重要的部件，它和普通電源變壓器一樣也是通過磁耦合來傳輸能量的。不過在這種功率變壓器中實(shí)現(xiàn)磁耦合的磁路不是普通變壓器中的硅鋼片，而是在高頻情況下工作的磁導(dǎo)率較高的鐵氧體磁心或鈹莫合金等磁性材料，其目的是為了獲得較大的勵(lì)磁電感、減小磁路中的功率損耗，使之能以最小的損耗和相位失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量。

圖1（a）為加在脈沖變壓器輸入端的矩形脈沖波，圖1（b）為輸出端得到的輸出波形，可以看出脈沖變壓器帶來的波形失真主要有以下幾個(gè)方面：

圖1脈沖變壓器輸入、輸出波形

（a）輸入波形（b）輸出波形

（1）上升沿和下降沿變得傾斜，即存在上升時(shí)間和下降時(shí)間；

（2）上升過程的末了時(shí)刻，有上沖，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象；

（3）下降過程的末了時(shí)刻，有下沖，也可能出現(xiàn)振蕩波形；

（4）平頂部分是逐漸降落的。

這些失真反映了實(shí)際脈沖變壓器和理想變壓器的差別，考慮到各種因素對波形的影響，可以得到如圖2所示的脈沖變壓器等效電路。

圖中：Rsi——信號(hào)源Ui的內(nèi)阻

Rp——一次繞組的電阻

Rm——磁心損耗（對鐵氧體磁心，可以忽略）

T——理想變壓器

Rso——二次繞組的電阻

RL——負(fù)載電阻

C1、C2——一次和二次繞組的等效分布電容

Lin、Lis——一次和二次繞組的漏感

Lm1——一次繞組電感，也叫勵(lì)磁電感

n——理想變壓器的匝數(shù)比，n=N1/N2

圖2脈沖變壓器的等效電路

將圖2所示電路的二次回路折合到一次，做近似處理，合并某些參數(shù)，可得圖3所示電路，漏感Li包括Lin和Lis，總分布電容C包括C1和C2；總電阻 RS包括Rsi、RP和Rso；Lm1是勵(lì)磁電感，和前述的Lm1相同；RL′是RL等效到一次側(cè)的阻值，RL′=RL/n2,折合后的輸出電壓U′o= Uo/n。

經(jīng)過這樣處理后，等效電路中只有5個(gè)元件，但在脈沖作用的各段時(shí)間內(nèi)，每個(gè)元件并不都是同時(shí)起主要作用，我們知道任何一個(gè)脈沖波形可以分解成基波與許多諧波的疊加。脈沖的上升沿和下降沿包含著各種高頻分量，而脈沖的平頂部分包含著各種低頻分量。因此在上升、下降和平頂過程中，各元件（L、C等）表現(xiàn)出來的阻抗也不一樣，因此我們把這一過程分成幾個(gè)階段來分析，分別找出各階段起主要作用的元件，而忽略次要的因素。例如，當(dāng)輸入信號(hào)為矩形脈沖時(shí)，可以分3個(gè)階段來分析，即上升階段、平頂階段和下降階段。