開關電源原理與設計(連載66)

在t1-t2期間，控制開關K2和K3接通，同時K1和K4關斷；電源電壓U通過K2和K3加于變壓器初級線圈b、a兩端；相當于變壓器初級線圈的輸入電壓被反相，流過變壓器初級線圈的電流 i還是由iμ 和 ib兩部分組成，但iμ 和ib 的方向均與原來相反； 的數值基本不變； 在一開始瞬間是作為反電動勢輸出能量給電源充電，方向與輸入電流方向相反，充電過程很快結束，電流為0；然后，電源反過來給變壓器初級線圈供電，勵磁電流作為變壓器鐵芯的消磁和充磁能源，開始反方向線性上升。

iμ 和ib 的數值，不管是正方向還是反方向，分別都是由（2-65）式和（2-66）式決定；其中，iμ 為勵磁電流，其值隨時間線性上升； ib為渦流損耗電流，其值為常數，不隨時間改變。

我們從圖2-28-b中可以看出，在輸入電壓作用期間，勵磁電流 iμ是跟隨時間線性增長的；而渦流損耗電流ib 為常量，它不會跟隨時間線性變化；因此，用示波器很容易就可以把它們區分開來，通過測量取樣電阻R兩端的電壓，就可以間接測量iμ 和ib的數值。

設輸入序列電壓脈沖方波的寬度為τ，周期為T，T = 2τ，那么，在輸入電壓期間，勵磁電流 iμ 產生的磁滯損耗半波平均功率以及磁滯損耗全波平均功率均相等，因此，我們可以把它們統稱為磁滯損耗平均功率Pμ。

Pμ = UIμ （2-85）

（2-85）和（2-86）式中， Pμ為雙激式開關變壓器鐵芯的磁滯損耗平均功率； Iμ為流過雙激式開關變壓器初級線圈勵磁電流的平均值； Iμm為流過雙激式開關變壓器初級線圈勵磁電流的最大值；τ為輸入電壓脈沖方波的寬度。

根據（2-66）式以及圖2-19、圖2-20和圖2-28的分析結果可知，渦流損耗是由渦流損耗電流ib 產生的。并且由圖2-28看出，渦流損耗電流 ib產生的渦流損耗半波平均功率以及渦流損耗全波平均功率均相等，因此，我們可以把它們統稱為渦流損耗平均功率Pb ，由此，可以求得渦流損耗電流ib 產生的平均功率Pb 為：

Pb= UIb = U ib （2-87）

（2-87）式中， Pb為雙激式開關變壓器鐵芯的渦流損耗平均功率；U為電源電壓幅度； Ib為渦流損耗電流的半波平均值， Ib =ib ，因為ib 為一常數值。
由（2-85）、（2-86）、（2-87）式可以看出，計算雙激式開關變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗要比計算單激式開關變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，簡單很多。

當加到變壓器初級線圈兩端的電壓為正弦波時，變壓器鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗可分別用（2-88）和（2-89）經驗公式進行估算：

（2-88）式中， Pμ為輸入電壓為正弦波時變壓器鐵芯的磁滯損耗[W]； kμ為與鐵磁物質有關的系數（由試驗決定）；f 為頻率[Hz]，即每秒反復磁化的系數； Bm為磁滯回線上磁感應強度的最大值[Wb/m2]；V為變壓器鐵心的體積[m3]； n為由Bm的范圍決定的指數，當0＜ Bm＜1.0[Wb/m2]時，n ≈ 1.6 ；當 0＜Bm＜0.1[Wb/m2] 或1＜Bm＜1.6[Wb/m2] 時，n ≈ 2 。

（2-89）式中， Pb為輸入電壓為正弦波時變壓器鐵芯的磁滯損耗[W]； kb為與鐵磁物質電阻率、截面積、體積、形狀有關的系數（由試驗決定）； f為頻率[Hz]；Bm 為磁滯回線上磁感應強度的最大值[Wb/m2]；V為變壓器鐵心的體積[m3]。

這里順便指出，利用（2-88）和（2-89）式來分別測試變壓器鐵心的磁滯損耗和渦流損耗是非常困難的；一個是它們的系數很難決定，另一個是兩者很難分別進行測量，或從測量結果中進行分離。對比兩式的參數就可以知道，它們之間最大的區別是頻率對損耗的影響程度；一個是與頻率成正比，另一個是與頻率的平方成正比。理論上可以通過改變輸入電壓頻率的方法來進行測量，然后再對測試結果進行分離；但當輸入電壓的參數與變壓器的實際工作情況相差太遠時，測試結果將毫無意義。