高频变压器磁饱和和电流测量技术研究

摘要

开关电源是一种新型稳压电源，一般由脉冲宽度调制芯片和功率开关管构成。在广大电子行业内，开关电源都有着广泛的应用，和电源技术的发展息息相关，开关电源的性能差异也会影响其应用设备的工作能力。
　　 高频变压器是开关式电源中最为重要的部件，直接影响电源的性能。但是变压器磁芯材料并不像电路中其它的电子元件一样，可通过固定的性能参数任意选取。电源工程师需要综合考虑各项指标设计变压器。工业生产中，由于对高频变压器磁饱和特性的估计和测算不够完善，甚至没有考虑磁芯饱和的问题，导致使用时高频变压器发生过热、击穿等现象，导致开关电源损坏甚至造成更大的影响。
　　 本课题主要对开关电源的高频变压器进行分析，设计并搭建磁饱和电流测量平台电路，测试自行绕制的变压器试样，通过合理设计测试参数得到变压器样本的磁饱和电流数据，并对设计参数的关系进行理论推导和实际验算验证。得出结论为，磁芯一次侧绕组的绕线匝数同一次侧绕组的磁饱和电流大小成反比，匝数越多，电流越小，且同磁芯的材料特性相关，可由公式和实际数据推导;接入变压器绕组两端的直流电压同控制电路的脉冲频率成一定比例关系，在将实验误差忽略后，该比例系数在同一个磁芯下可认为是恒定值。通过对电磁理论的推导验证，本课题设计的测试平台在保证作业安全的前提下达到了测量变压器磁饱和电流的目的，且能通过改变测试电路元器件的参数达到测量大功率、高频状态下变压器的磁饱和电流。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 开关电源的高频变压器

1．1．1 开关电源的基本概念

1．1．2 开关电源的高频变压器

1．1．3 开关电源对高频变压器的要求

1．2 课题研究的背景及意义

1．3 国内外研究现状及发展趋势

1．4 课题研究内容

1．5 文章章节内容介绍

第2章 电磁理论与磁性元件

2．1 磁现象及其基本概念

2．1．1 电流和磁场

2．1．2 磁感应强度

2．1．3 磁场强度

2．1．4 磁场的通量——磁场的高斯定理

2．1．5 磁场的环量——安培环路定理

2．1．6 电磁感应定律

2．2 磁路和磁路欧姆定律

2．2．1 磁路

2．2．2 磁路欧姆定律

2．3 磁性材料的磁化

2．3．1 磁化

2．3．2 磁性材料的磁化过程

2．3．3 饱和磁滞回线和基本参数

2．4 本章小结

第3章 高频变压器的磁芯

3．1 软磁材料

3．1．1 软磁材料的发展状况

3．1．2 常用软磁磁芯的种类

3．2 磁芯的工作状态

3．2．1 第一类工作状态

3．2．2 第二类工作状态

3．3 磁芯损耗

3．3．1 磁滞损耗Ph

3．3．2 涡流损耗Pe

3．3．3 剩余损耗Pc

3．4 磁芯尺寸设计

3．5 铁氧体磁芯的几何形

3．6 高频变压器对磁芯材料的要求

3．7 本章小结

第4章 高频变压器磁饱和电流测量系统

4．1 高频变压器的磁饱和性质及危害

4．1．1 高频变压器的磁饱和性质

4．1．2 磁饱和对开关电源的危害性

4．2 高频变压器磁饱和检测原理

4．3 测量系统设计

4．4 控制电路

4．4．1 固定频率的脉宽调制技术(PWM)

4．4．2 SG3525内部结构及功能用法

4．4．3 控制芯片及外围电路设计

4．5 驱动电路

4．5．1 驱动器选取

4．5．2 IR2110内部结构及功能

4．5．3 驱动电路设计

4．6 功率半桥电路

4．7 供电电路

4．8 本章小结

第5章 磁饱和电流测量与结论分析

5．1 实验用变压器

5．2 测量数据

5．2．1 相同气隙厚度数据

5．2．2 相同匝数数据

5．2．3 磁饱和电流波形图

5．3 测量结果及现象分析

5．3．1 测量过程中各项输入信号参数对测量结果的影响

5．3．2 温度对检测结果的影响分析

5．3．3 工作频率的差异

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢