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简述开关变压器的定义和工作原理

文章来源:本站   时间:2023-06-30

开关变压器一般指开关电源中使用的变压器,工作在脉冲状态,频率为十几到几十千赫兹甚至几百千赫兹,铁芯一般采用铁氧体材料。一般都工作在脉冲状态,频率从十几赫兹到几千赫兹不等。


关于开关变压器的分类,对于输入电压,有单激式和双激式;对于输出电压,有正向激励型和反激型。单、双激式开关电源,或者正激、反激式开关电源,都使用开关变压器,工作原理也有很大不同。


当开关变压器的输入电压为DC脉冲电压时,称为单极脉冲输入,这种单极脉冲输入的开关电源称为单激变压器开关电源;当开关变压器的输入电压为正负交替的脉冲电压时,称为双极性脉冲输入,这种双极性脉冲输入的开关电源称为双励磁变压器开关电源。当变压器的初级线圈被DC脉冲电压激励时,变压器的次级线圈正好有功率输出。


这种开关电源称为正激变压器开关电源;当变压器的初级线圈刚好被DC脉冲电压激励时,变压器的次级线圈不向负载提供功率输出,而只是在变压器的初级线圈的激励电压被关断之后。这种变压器式开关电源称为反激式开关电源。


设开关变压器铁心的截面为s,当开关变压器的初级线圈上加有幅值为U、宽度为τ的矩形脉冲电压时,开关变压器的初级线圈中就会流过励磁电流。同时,开关变压器的铁芯中会产生一个磁场,变压器的铁芯会被磁化。在磁场强度为H的磁场作用下,会产生磁感应强度为B的磁通量,简称磁通量。用“”表示:磁感应强度B或磁通量φ受磁场强度的影响。


所谓励磁电流,就是对变压器铁芯进行磁化和退磁的电流。


开关变压器的工作原理


20伏交流电经整流和滤波后,成为310伏DC。这个DC电压通过开关变压器的初级施加到开关管的集电极。同时在开关管的基极施加一定的偏压,会使开关管导通。当开关管在上电的瞬间导通时,连接到开关管集电极的开关变压器的初级产生电流,该电流在开关变压器的磁芯上产生磁场,并且该磁场在反馈线圈上产生电压。这个电压施加到开关管的基极,这个正反馈电压使开关管更加导通,从而增加了磁场和反馈电压。


开关被进一步接通,直到它饱和。饱和后,通过开关管集电极的电流大。但是电流的变化幅度减小。直到它不再改变。变压器初级电流不变,感应磁场消失,反馈电压消失。


因为反馈电压在开关基极消失,很快从深度饱和状态回到导通状态,集电极电流迅速下降。该减小的电流在磁芯上产生与上述磁场相反的磁场,并且该相反的磁场还在反馈线圈上产生与上述磁场相反的反馈电压。这个电压施加到开关的基极,加速开关从导通到截止。开关断开后,电流消失,反馈电压消失。在DC偏置的作用下,开关被关断。这个过程不断循环,这就是开关电源的工作原理。