開關電源原理與設計(連載56)雙激式開關電源變壓器存在的風險

開關變壓器鐵芯出現磁飽和，意味著盡管變壓器初級線圈中的勵磁電流增加，或磁場強度增強，但磁通密度不會隨著增加，即：磁通密度增量ΔB等于0，從而變壓器初級線圈中的感應電動勢也等于0，這會導致變壓器初級線圈中的勵磁電流無限大。
在大功率開關電源中，當開關變壓器鐵芯出現飽和時，流過開關變壓器初級線圈的勵磁電流將非常大，很容易使開關器件過流損壞；或者當回路電流突然被切斷時，在開關變壓器的初、次級線圈中將會產生很高的反電動勢，使元器件過壓擊穿。

在雙激式變壓器開關電源中，開關器件第一次開始導通的時候，其相位相對于變壓器鐵芯磁滯回線的相位來說，一般都是隨機的。上面舉例，就是開關器件初始導通相位與變壓器鐵芯磁滯回線的初始相位發生錯位最嚴重的情況。這種情況，在對雙激式變壓器開關電源進行電路設計的時候一定要特別重視。

當電源要停止工作的時候，最好按先后順序關斷電源；先關整流輸入電源，讓儲能濾波電容充分放完電，最后關開關管的驅動電源，讓電源開關管一直工作到最后，這相當于每關斷一次電源，開關變壓器就要被退磁一次；下次開機的時候，變壓器鐵芯磁滯回線的初始相位總是從0開始。目前很多開關電源在遙控關機的時候，總是只關開關管的驅動電源，使電源開關管停止工作，從而達到關斷電源的目的，但這種關斷電源的方法存在比較大的工作風險。

另外，雙激式變壓器開關式穩壓電源，其輸出電壓控制一般都是通過改變電源開關管的占空比，當占空比改變的時候，加到變壓器兩端正、負半周電壓的伏秒容量肯定會發生變化，使變壓器正負半周的伏秒容量不相等，脈沖寬度大的半周要比脈沖寬度小的半周伏秒容量大；此時，流過開關變壓器初級線圈的電流中會含有直流分量，使磁滯回線產生偏移，即：變壓器的等效磁化曲線（等效負載曲線）出現上下平移。當磁滯回線被移出安全區時，開關變壓器的鐵芯也會出現磁飽和。這種情況也需特別考慮。

順便指出，雙激式開關變壓器的伏秒容量與單激式開關變壓器的伏秒容量，雖然在概念上完全相同，但其所包含的內容是有很大差別的。雙激式開關變壓器的伏秒容量是相對于交流脈沖電壓而言，而單激式開關變壓器的伏秒容量是相對于直流脈沖電壓而言。在兩者數值均相等的情況下，兩者對磁通密度增量ΔB的取值范圍卻完全不一樣。

例如：在同樣的伏秒容量條件之下，對于雙激式開關變壓器初級線圈N1繞組匝數的計算，可根據（2-17）式求得，磁通密度增量ΔB的取值范圍是2Bm；而對于單激式開關變壓器初級線圈N1繞組匝數的計算，可根據（2-16）式求得，磁通密度增量ΔB的取值范圍是（Bm－Br）。如果兩者的變壓器鐵芯都不留氣隙，并且兩者的最大磁通密度Bm取值都一樣，為3000高斯；那么，前者的磁通密度增量可達6000高斯，而后者的磁通密度增量一般只有500高斯左右。

由此可見，前者的磁通密度增量是后者的12倍。如果把雙激式開關變壓器當成單激式開關變壓器來使用，勢必會損壞。實際上，當開關器件初始導通相位與雙激式變壓器鐵芯磁滯回線的初始相位發生嚴重錯位時，就相當于雙激式變壓器被當作單激式變壓器來使用。因此，采用單激式變壓器的設計方法來對單激式變壓器進行設計，在使用中是最安全的。

目前很多大功率開關電源，特別是電視機開關電源，為了降低成本一般都不另外增設遙控開、關機輔助電源，電視機在待機的時候開關電源還是在工作的；為了降低待機功耗，開關電源在待機的時候，一般都是采用間歇工作的方式；開關電源工作于間歇，驅動電路輸出的不是連續脈沖開關信號，而是間隔好幾個周期才輸出一組或幾組脈沖開關信號；這種工作方式很容易造成電源開關管導通相位與變壓器鐵芯磁滯回線的相位互相錯位，使開關變壓器出現磁飽和而損壞。因此，很多電視機電源起火都不是電視機正在正常接收電視節目的時候，而是電視機處于待機休息的時候。這種情況需要特別注意。