变压器开关 详解开关变压器工作原理及作用

“开关变压器”一般指“开关电源”中使用的变压器，工作在十到几十千赫甚至几百千赫的脉冲状态，铁芯一般采用铁氧体材料制成。开关电源变压器是一种带开关管的电源变压器，它不仅具有普通变压器的电压转换功能，还具有绝缘和输电功能。一般用于开关电源等涉及高频电路的场合。

开关变压器动作

金莱科技高频变压器

开关功率变压器和开关管一起构成自激间歇振荡器，从而将输入DC电压调制成高频脉冲电压。

并起到能量传递和转换作用。反激电路中，开关管接通时，变压器将电能转换成磁场能并储存，开关管断开时再释放。在正向电路中，当开关管导通时，输入电压直接提供给负载，能量储存在储能电感中。当开关管断开时，储能电感将连续电流传递给负载。

将输入DC电压转换成各种所需的低电压。

开关变压器的工作原理

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对于开关电源，开关变压器的工作原理不同于普通变压器。普通变压器输入的交流电压或电流的正负半周波形是对称的，输入的电压和电流波形一般是连续的。在一个周期内，输入电压和电流的平均值等于0，这是普通变压器工作原理的基本特征。但开关变压器一般工作在开关状态，其输入电压或电流不是连续的，而是间歇的，一个周期内输入电压或电流的平均值大多不等于0。所以开关变压器也叫脉冲变压器，这是开关变压器和普通变压器在工作原理上最大的区别。

此外，开关变压器的输入电压可分为单励磁和双励磁，输出电压可分为正向励磁和反激。单励磁和双励磁开关电源，或前向励磁和反激开关电源，使用的开关变压器在工作原理上有很大不同。

当开关变压器的输入电压为DC脉冲电压时，称为单极脉冲输入，称为单励磁变压器开关电源；当开关变压器的输入电压为正负交流脉冲电压时，称为双极脉冲输入，称为双励磁变压器开关电源；当变压器的初级线圈被DC脉冲电压激励时，变压器的次级线圈刚好有功率输出，称为正向变压器开关电源；当变压器的初级线圈刚刚被DC脉冲电压激励时，变压器的次级线圈不向负载提供功率输出，而只是在变压器的初级线圈的激励电压被关断之后。这种变压器开关电源称为反激式开关电源。

设开关变压器铁芯的横截面为s，当开关变压器的初级线圈上施加一个幅值为U、宽度为τ的矩形脉冲电压时，激励电流会在开关变压器的初级线圈中流动。同时，开关变压器的铁芯会产生磁场，变压器的铁芯会被磁化。在磁场强度为H的磁场作用下，会产生磁感应强度为B的磁通量，用“”表示，所谓励磁电流，就是对变压器铁芯进行磁化和退磁的电流。

根据法拉第电磁感应定理，当电感线圈中的磁场或磁感应强度发生变化时，线圈中就会产生感应电动势:线圈中的感应电动势为:

u =Ndφ/dt = NSdb/dt

公式中，n为开关变压器初级线圈匝数；φ = sb是变压器铁芯的磁通量；b为磁感应强度或变压器铁芯磁感应强度的平均值。

这里引入磁感应强度平均值的概念，是因为变压器铁芯中的磁通量不是均匀分布的，磁感应强度与铁芯或铁芯截面上磁通量的实际分布有关。因此，在分析变压器等一些宏观特性时，有时需要使用平均值的概念，以便简单地处理问题。

由公式可知，当磁感应强度的变化以恒定速度变化时，可以表示为:

dB/dt=Ut/NS

假设磁感应强度初始值为b= b，当t“0”时，磁感应强度线性增加，磁感应强度线性增加，即:

B=B .+Ut/NS

当t=τ时，即时间到达脉冲后沿时，磁感应强度达到最大值Bm=B磁感应强度增量△B=B-B=Bm-B0

当输入电压为一系列单极矩形脉冲时，根据电磁感应定律，与之对应的变压器铁心会产生磁感应强度增量，即:

△B=Uτ/NS

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如果可以忽略涡流的影响，磁场强度h的平均值取决于导磁体材料的性质。变压器初级线圈中磁化电流的增加与h成正比，磁场强度h、磁化电流和磁感应强度b在特征曲线的直线段均呈线性变化。

施加脉冲电压后，变压器内的磁化电流会根据变压器的输出电路特性，即电路参数决定的规律而减小，变压器铁芯内的磁场强度和磁感应强度会相应减弱。此时，变压器线圈中会产生反极性电压，即反电动势。

以上分析虽然以单极脉冲输入为例，但对于双极脉冲输入也是有效的:在方法中，双极脉冲输入只需分别视为两个单极脉冲输入。

开关变压器分为单励磁开关变压器和双励磁开关变压器。两个开关变压器的工作原理和结构并不完全相同。单励磁开关变压器的输入电压为单极脉冲，也分为正向和反向励磁电压输出；而双励磁开关变压器的输入电压为双极性脉冲，一般为双极性脉冲电压输出。

另外，为了防止磁饱和，一般在单励磁开关变压器的铁芯中留有气隙；但双激式开关变压器的铁心磁感应强度比较大，一般不容易出现磁饱和。所以单励磁开关变压器一般分为正激式和反激式，两种开关变压器的技术参数是不同的:正激式开关变压器的初级电感比较大，而反激式开关变压器的初级电感与输出功率有关。

双励磁开关变压器铁芯的磁滞损耗相对较大，而单励磁开关变压器铁芯的磁滞损耗相对较小。这些参数基本上与变压器铁芯的磁化曲线有关。

本论文由金莱科技转载出版，金莱制作，电感好。