开关电源变压器铁芯设计的风险及其对策

在开关变压器第十二讲中，主要讨论的是电源铁芯设计的风险及其应对策略。首先，我们注意到，单激式变压器在工作电压超过其伏秒容量时，会面临磁饱和问题，这可能导致无法正常输出。磁饱和现象是由于输入脉冲的高电压和宽脉冲使得铁芯内的磁通密度达到饱和状态，从而影响变压器性能。 为防止磁饱和，一种常见的做法是在变压器铁芯中引入气隙。空气的导磁率远低于铁芯，气隙的存在可以使磁动势大部分集中在气隙上，降低铁芯的平均导磁率，从而减少磁饱和的可能性。留有气隙的变压器铁芯的磁滞回线（如图2-24所示）与无气隙时相比，其磁化曲线有所改变，基本磁化曲线是磁化曲线的几何平均值，用于分析磁场强度和磁感应密度的关系。 另一种方法是采用反磁场，即在铁芯内添加永久磁铁或在线圈上增加反向直流，但这通常会牺牲效率并增加成本，因此在大多数开关电源中不常用，只有在特定的应用场景下，如需要较大的磁化动态范围和高输出功率时才会考虑。 正激式和反激式开关变压器的铁芯设计有所不同。正激式变压器的气隙长度主要考虑最大磁通密度增量，而反激式除了要考虑这个因素，还要确保最小电感量。反激式变压器的气隙通常比正激式的更大，这是由于其额外的电感要求。 总结来说，电源铁芯设计在开关变压器中至关重要，必须充分考虑磁饱和、磁滞回线、气隙效应以及磁化动态范围等因素，以确保变压器在各种工作条件下都能稳定高效地运行，同时避免因设计不当导致的元件损坏。理解并掌握这些风险和解决方案对于确保开关电源系统的可靠性和效率具有重要意义。