文档介绍：开关变压器的伏秒容量与测量

陶显芳
2008-1-18

摘要:
伏秒容量表示:一个开关变压器能够承受多高的输入电压和多长时间的冲击。在开关变
压器伏秒容量一定的条件下,输入电压越高,开关变压器能够承受冲击的时间就越短,反之,
输入电压越低,开关变压器能够承受冲击的时间就越长;而在一定工作电压的条件下,开关
变压器的伏秒容量越大,开关变压器铁芯中的磁通密度就越低,开关变压器的铁芯就不容易
饱和。
通过对开关变压器伏秒容量的测量,可以知道开关变压器的铁芯是否正好工作于最佳磁
通密度的位置上;以及占空比,或者工作频率,是否取得合理;同时还可以检查开关变压器
铁芯气隙长度取得是否合适。

正文:
长期以来,人们在设计或使用开关变压器的时候,一般只关心开关变压器的输入、输出
电压、电流的大小,以及电感量等参数,而很少关心开关变压器的伏秒容量。其实,开关变
压器的伏秒容量也是一个非常重要的参数,不过,目前很多人并不十分清楚伏秒容量到底是
个什么东西,或者怎样对伏秒容量进行测试,以及怎样使用伏秒容量这个参数。
因此,这里将详细介绍什么是开关变压器的伏秒容量,然后再分析怎样对开关变压器的
伏秒容量进行测量及应用。

一、什么是开关变压器的伏秒容量

图 1 是反激式开关电源的工作原理图,目前 70%以上的开关电源都是采用反激式开关
变压器输出电源。所谓反激式开关变压器输出电源,就是当开关变压器的初级线圈正好被直
流脉冲电压激励时,开关变压器的次级线圈没有向负载提供能量输出,仅在开关变压器初级
线圈的激励电压消失之后,开关变压器铁芯中存储的磁能量才通过次级线圈转化成反电动势
向负载提供功率输出,这种开关电源称为反激式开关电源。
在图 1 中,当输入电压 E 加于开关变压器初级线圈 N1 的两端时,由于开关变压器次级
线圈产生的电动势与流过二极管的电流方向正好相反,相当于所有次级线圈均开路,此时开
关变压器相当于一个电感 L1。其等效电路如图 2-a) 所示,图 2-b) 是开关接通时,电感两端
的电压和流过电感 L1 的电流。

1
i T D1
1 Uo
N1 N2
L1 L2
C u c Io
e1 e2 R
E
K
图1

i1 e1
e1
i1

从图 2 可以看出,流过开关变压器的电流只有励磁电流,即:开关变压器铁心中的磁通
量全部都是由励磁电流产生的。如果开关变压器初级线圈的电感量是恒定的,或开关变压器
铁芯的导磁率永远保持不变;那么,当控制开关接通以后,流过开关变压器初级线圈的励磁
电流就会随时间增加而线性增加,开关变压器铁心中的磁通量也随时间增加而线性增加。根
据电磁感应定理:

2
di dφ
e1 = L1 = N1 = E —— K接通期间(1)
dt dt

式中e1为开关变压器初级线圈产生的电动势,L1 为开关变压器初级线圈的电感量,φ为
开关变压器铁心中的磁通量,E 为开关变压器初级线圈两端的输入电压。其中磁通量φ还可
以表示为:

φ= k×S×B (2)

上式中,k 是一个与单位制相关的系数,S 为开关变压器铁心的导磁面积,B 为磁感应
强度,也称磁通密度,即:单位面积的磁通量。
把(2)式代入(1)式,并进行积分:

Bm
t E
ò kSdB = ò k dt (3)
Br 0 N1

由此求得:
Eτ108
N1 = (4)
S(Bm  Br )
或
VT = E×τ= kS(Bm-Br)N1 (5)

(4)式就是计算反激式开关变压器初级线圈 N1 绕组匝数的公式。式中,N1 为开关变
压器初级线圈 N1 绕组的最少匝数,S 为开关变压器铁心的导磁面积,单位:平方厘米;Bm
为开关变压器铁心的最大磁感应强度,单位:高斯;Br 为开关变压器铁心的剩余磁感应强
度,单位:高斯),Br 一般简称剩磁;τ= Ton,为控制开关的接通时间,简称脉冲宽度,或
电源开关管导通时间的宽度,单位:秒;E 为工作电压,单位为伏。式中的指数(k)是统
一单位用的,选用不同单位制,指数的值也不一样,这里选用 CGS 单位制,即:长度为厘
米(cm),磁感应强度为高斯(Gs),磁通单位为麦克斯韦(Mx)。
(5)式中,E×t 就是开关变压器的伏秒容量,即:伏秒容量等于输入脉冲电压幅度与
脉冲宽度的乘积,这里我们把伏秒容量用 VT 来表示。
伏秒容量 VT 表示:一个开关变压器能够承受多高的