开关电源适配器磁饱和的检测方法
发布时间:2021-08-23 11:45:34 浏览次数:57 作者:admin 返回列表

开关电源适配器磁饱和的检测方法

高频变压器绕组是开关电源适配器中的一个重要部件,高频隔离变压器的设计也是开关电源适配器的一项关键技术。在实际应用中,经常因为高频变压器的错误设计或者工艺问题而损坏开关电源适配器。造成故障的主要原因是高频变压器磁饱和。下面介绍利用示波器检测高频变压器磁饱和的简便方法。

一、高频变压器磁饱和特性及其对开关电源适配器的危害。

1. 高频变压器磁饱和特性。在铁磁性材料被磁化的过程中,此感应强度B首先随外部磁场强度H的增加而不断增强;但是当H超过一定数值时,磁感应强度B就趋近于某一个固定值,达到磁饱和状态。典型的磁化曲线如图9-5-1所示,当B约等于Bp时就进入临界饱和区,当B约等于Bo时就到达磁饱和区。

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对开关电源适配器而言,当高频变压器内的磁通量不随外界磁场强度的增大而显著变化时,称作磁饱和状态。因磁场强度H变化时磁感应强度B变化很小,故磁导率显著降低。此时一次绕组的电感量Lp也明显降低。由图9-5-1可见,磁导率就等于磁化曲线的斜率,但由于磁化曲线是非线性的,因此磁导率并不是一个常数。

2. 磁饱和对开关电源适配器的危害。在反激式开关电源适配器中,高频变压器在电路中具有存储能量、隔离输出和电压变换这三大功能。一旦发生磁饱和,对开关电源适配器危害极大,轻则使功率半导体元器件过热,重则会使功率半导体元件损坏。在磁饱和时,一次绕组的电感量Lp明显降低,以至于一次绕组的直流电阻(铜阻)和开关管MOSSEF的功耗迅速增加,导致一次侧电流急剧增大,有可能在限流电路还来不及保护时,开关管就已经损坏。一次侧电流的增大,使高频变压器漏感产生的尖峰电压升高。该尖峰电压与直流高压和感应电压相叠加后,加至功率开关管的漏极上,可能会超过开关管的击穿电压,而使得开关管击穿损坏。发生磁饱和故障时主要表现在:高频变压器很热、开关管很烫、加载时输出电压迅速跌落,达不到设计的输出功率。

防止高频变压器磁饱和的方法很多,主要是适当减小一次绕组的电感量Lp。此外,尽量选择尺寸较大的磁芯并且给磁芯留有一定的气隙宽度,也能防止磁芯进入磁饱和状态。

二、利用示波器检测高频变压器磁饱和的方法。

在业余条件下,检测高频变压器是否磁饱和比较困难。下面介绍一种简便有效的方法:测量一次绕组的电流斜率是否有突变,若有突变,则证明已经发生磁饱和了。

检测磁饱和的方法如图9-5-2所示。首先由方波信号发生器输出1~3KHz的方波信号,然后经过带过流保护的交流功率放大器输出正负10~20V、10A以内的功率信号,再经过一次绕组加到取样电阻Ro上,最后利用示波器来观察Ro上的电压波形。Ro可选0.1欧姆、2W的精密线绕电阻。

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未发生磁饱和时,利用示波器从Ro上观察到的电压波形应该为三角波形。若观察到的波形在顶端出现很小的尖峰电压,则证明一次绕组的电流斜率开始发生突变,由此判断高频变压器达到临界磁饱和区。若尖峰电压较高,就意味着电流斜率发生明显的突变,高频变压器已经进入磁饱和区。波形的区别如图9-5-4所示。

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上述的方法具有以下特点:

1.能够模拟高频变压器是否发生饱和;

2.利用低压大电流来检测临界磁饱和点,功率放大器输出能够限定最大输出功率;

3.高频变压器不需要接任何外围元器件,操作简便,安全性好;

4.一次侧电流的上升速率较低,便于进行观察与操作。


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