《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁(yè) > 電源技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量與測(cè)量(連載4)
開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量與測(cè)量(連載4)
陶顯芳
摘要: 舉例來(lái)詳細(xì)分析開(kāi)關(guān)變壓器伏秒容量的測(cè)量方法,以及通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)變壓器伏秒容量的測(cè)量,驗(yàn)證開(kāi)關(guān)變壓器工作狀態(tài)的合理性。
Abstract:
Key words :

   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(cè)試電路中不需要另外安裝電流表。

    這里特別指出,在測(cè)試高壓包初級(jí)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(cè)試結(jié)果將不準(zhǔn)確。一般帶有磁性的開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量,要略大于沒(méi)帶磁性開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量。高壓包退磁的方法請(qǐng)參考圖13和圖14,以及說(shuō)明。

    另外,迭加電流Imax的值一般是正常工作時(shí)流過(guò)高壓包初級(jí)線圈電流(平均值或有效值)的好幾倍。例如:上例測(cè)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(jí)線圈漆包線的電流密度都小于3A/mm2 ,從而可求得,流過(guò)高壓包初級(jí)線圈漆包線迭加電流的最大電流密度為10.5 A/mm2 。

    因此,通過(guò)對(duì)高壓包初級(jí)線圈伏秒容量的檢查,同時(shí)也是對(duì)高壓包初級(jí)線圈的線徑進(jìn)行檢查。一般漆包線在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(guò)測(cè)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(guò)高壓包初級(jí)線圈的平均電流,Ipτ1 為正程掃描期間,流過(guò)高壓包初級(jí)線圈的平均電流; I m為正程掃描期間,流過(guò)高壓包初級(jí)線圈的最大電流; I max為正程掃描期間,流過(guò)高壓包初級(jí)線圈的極限電流; τ1為正程掃描時(shí)間(52μΛS ), τ2為逆程掃描時(shí)間(12 μS), 為極限正程掃描時(shí)間。

    例2:電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源一般都是脈沖調(diào)寬式反激式開(kāi)關(guān)電源,它有兩種工作方式:一種是脈沖調(diào)寬兼調(diào)頻工作方式;另一種工作方式是工作頻率不變,只對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制。前一種工作方式多在自激式開(kāi)關(guān)電源中使用,后一種工作方式多在由集成電路構(gòu)成的他激式開(kāi)關(guān)電源中使用。

    設(shè)一個(gè)100W電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源使用的開(kāi)關(guān)變壓器,其初級(jí)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源的占空比最大只能取0.25,即:D = 0.25 ;當(dāng)開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的脈沖寬度 τ= 6.25μS 。

    根據(jù)上面已知參數(shù)我們可以利用(8)式來(lái)計(jì)算流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的最大電流Im,然后再求其極限電流Imax的值,即:測(cè)試開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈電感時(shí)選用的迭加電流值。

    根據(jù)前面分析,以及圖8和圖9,正常工作時(shí),流過(guò)高壓包初級(jí)線圈的最大電流Im不應(yīng)該超過(guò)極限電流值Imax的70%,由此,可以求得流過(guò)高壓包初級(jí)線圈的極限電流Imax為3.21 A 。

    上面計(jì)算出來(lái)的極限電流Imax值,就是用來(lái)測(cè)試開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的迭加電流的數(shù)值。根據(jù)圖7,把電流源的電流設(shè)置為3.21 A ,即:測(cè)試開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的迭加電流為3.21 A,然后測(cè)試開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感;如果測(cè)試結(jié)果Lx等于或者大于初始電感L0的90%,則說(shuō)明,開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的伏秒容量設(shè)計(jì)是合格的;如果測(cè)試結(jié)果Lx小于初始電感L0的90%,則說(shuō)明,開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的伏秒容量余量非常小,不合格。

    順便說(shuō)明,開(kāi)關(guān)變壓器的伏秒容量不但與工作電壓有關(guān),而且還與開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的最大占空比可取值為0.7708,即:D = 0.7708 。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的工作頻率為40kHz時(shí),電源開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的脈沖寬度τ = 19.27μS ,由此可以求得流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的最大電流Im為:

    比較(14)和(15)式可以看出,雖然開(kāi)關(guān)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,在選取開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈漆包線粗細(xì)的時(shí)候,一定要按平均電流的大小來(lái)選取。由此可知,一個(gè)雙電壓開(kāi)關(guān)電源(110V/220V),其工作效率要比單電壓開(kāi)關(guān)電源低,因?yàn)?,雙電壓開(kāi)關(guān)電源銅阻損耗要比單電壓開(kāi)關(guān)電源大很多。

    同理,除了測(cè)試開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈伏秒容量的大小之外,還應(yīng)該檢測(cè)開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的漏感大小。正常漏感的數(shù)值一般小于初級(jí)線圈電感量的2%,如果太大,則說(shuō)明鐵芯留的氣隙長(zhǎng)度過(guò)大,或者開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的繞線方法或結(jié)構(gòu)不合理。

    如果我們通過(guò)測(cè)試,已經(jīng)知道開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的極限電流Imax數(shù)值,我們又怎么來(lái)確定開(kāi)關(guān)變壓器的工作電壓和脈沖寬度τ呢?

    開(kāi)關(guān)變壓器的工作電壓和脈沖寬度τ 的關(guān)系,同樣可以根據(jù)(8)式求得。在選定工作電壓的情況下,可把Im = 0.7 Imax代入(8)式,即可求得最大脈沖寬度τm 。

    然后再根據(jù)脈沖寬度 進(jìn)一步求占空比D和工作頻率。下面(16)式和(17)式是計(jì)算脈沖寬度 τ和占空比D以及工作頻率的關(guān)系式:

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

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

    順便指出,決定開(kāi)關(guān)電源占空比D大小的主要因數(shù)是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓與輸出電壓比Ui:Uo,即:開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比n。檢查 Ucmax的大小,實(shí)際上也是檢查開(kāi)關(guān)變壓器初、次級(jí)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(duì)開(kāi)關(guān)變壓器的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)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。

    這里還需特別指出,在測(cè)試開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的初始電感L0的時(shí)候,開(kāi)關(guān)變壓器的鐵芯必須要退磁,否則,測(cè)試結(jié)果將不準(zhǔn)確。一般帶有磁性的開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量,要略大于沒(méi)帶磁性開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電感量。開(kāi)關(guān)變壓器退磁的方法請(qǐng)參考圖13和圖14,以及說(shuō)明。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。