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电源适配器中的变压器的阶梯式趋于饱和效应

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电源适配器中的变压器的阶梯式趋于饱和效应

阶梯式趋于饱和效应是变压器的一种动态饱和效应,尤其在推挽式变换器中经常出在此类变换器中,变压器的原边绕组可以从两个方向激励,且B/H特性曲线的两个象限均被利用到。
为使电源适配器工作效率达到最高,变压器的磁心必须被完全利用,而且在低频条件下通常要求通偏移对称。
由于饱和电压、开关时间、整流器电压降和变压器绕组电阻值都是变化着的,使得变压器在一个方向上的磁通偏移与反方向上的磁通偏移并非总是对称的,因此在每个周期的结尾,磁心的平均工作点可能会稍稍偏离中心点(零磁通处),在推挽正激变换器中,由于输出二极管的续流作用,绕组电压在关断周期内被钳制在零点。因此在每个周期之间,磁心没有直流复位,结果使得任何磁通密度偏移随着周期不断增加,而平均磁通密度将会呈“阶梯式”趋向饱和。
实际上,变压器不平衡导致的极化作用会在变压器绕组中产生一个纯直流电流,而且即使是非常小的不平衡也能使一个高导磁率的磁心迅速地饱和。
值得庆幸的是,这种效应趋于自我限制。因为在饱和的那个半周期中,不断增大的磁化电流将会减小该半周期期间的功率脉冲宽度(即品体管储能的时间被缩短),但是磁心的平均工作点将会从零开始偏移,如果没有采用任何校正措施,则在这个方向上的磁偏移将会减小,这就降低了电源适配器对瞬态变化的反应能力,大大减小了磁心的利用率。
在占空比控制的推挽式应用中,由于交替半周期中的不平衡所造成的磁通偏移是无法免的。而在实际中,总会有一些很小的激励或者是输出二极管的不对称特性。因而,如果不采取措施确保磁通的平衡性,则不可避免地会出现磁心在一个方向或其反方向上的偏向饱和。

减小阶梯式趋于饱和效应的方法
元件的选择对非对称脉冲引发的饱和效应具有一定的作用,慎重选择元件能够将此饱和效应减小到允许的范围内。使二极管和三极管配对,对解决这一问题将会起到一定的作用。同样,也可以在不同激励条件下作出相应的调整和在磁心中引人气隙(引人气隙后,些较小的直流电流并不会引起严重的饱和)。虽然如此,这些方法措施的作用是有限的。
可以在原边电路中串联一个小电容,阻断其中的直流电流,使饱和效应得到一些改图,但这种非对称问题同样出现在半桥电路中。我们也经常可以在半桥式变换器中看到类似的这种电容。
遗憾的是,这种原边“阻断”电容并不能完全消除阶梯式趋向饱和效应。在副边绕组和出电路中也存在一个副边直流通路,且这个通路很难被阻断。例如,在降压派生型推挽输1中,输出扼流圈追使副边电流导通,甚至在原边功率开关的关断周期里也导通。在这段里,电流在输出整流二极管和副边绕组中继续流通,因为两个二极管都处于导通状态如果两个二极管的正向导通电压不相同,那么在关断周期内将会有一定的净直流电压加在副同样,在副边绕组中会出现极化电流,此电流同样能造成磁心饱和。

在副边不平衡时,原边阻断电容将会引入另一个不良效应。它吸收一定的纯直流电流,这样会导致交替的半周期内的电压幅度都有差异。这将会把二级谐波纹波电流引入到输出滤波器中,增大了输出纹波。
虽然这些通常所采用的方法和措施能将阶梯式趋向饱和效应减小到允许的范围内,但这对磁通密度在某一方向上的摆幅所引起的暂态性能施加了很严格的限制。如果导通周期,或者是外加电压在临界饱和的半周期内突然上升,磁心可能会迅速达到饱和。
为克服这些问题,电源适配器厂家应该采用电流型控制或者其他有效的磁通平衡措施,尤其是在高功率推挽式变换器中,必须采用这类措施。在占空比控制系统中,可采用下面将要介绍到的强制磁通平衡的措施。

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| 发布时间:2018.12.03    来源:电源适配器厂家
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