开关变压器工作原理

　　对于开关电源，开关变压器的工作原理与普通变压器的工作原理是不同的。普通变压器输入的交流电压或电流的正、负半周波形都是对称的，并且输入电压和电流波形一般都是连续的，在一个周期之内，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点;而开关变压器一般都是工作于开关状态，其输入电压或电流一般都不是连续的，而是断续的，输入电压或电流在个周期之内的平均值大多数都不等于0，因此，开关变压器也称为脉冲变压器，这是开关变压器与普通变压器在工作原理方面的最大区别。
　　除此之外，开关变压器对于输入电压来说，有单激式和双激式之分：对于输出电压来说，又有正激式和反激式之分。单激式和双激式开关电源，或正激式和反激式开关电源，它们使用的开关变压器，在工作原理方面也有很大的不同。
　　当开关变压器的输入电压为直流脉冲电压时，称为单极性脉冲输入，这种单极性脉冲输入的开关电源称为单激式变压器开关电源：当开关变压器的输入电压为正、负交替的脉冲电压时，称为双极性脉冲输入，这种双极性脉冲输入的开关电源称为双激式变压器开关电源;当变压器的初级线圈正在被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出，这种开关电源称为正激式变压器开关电源;当变压器的初级线圈正好被直流脉冲电压激励时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的激励电压被关断后才向负载提供功率输出，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截面为S，当幅度为U、宽度为τ的矩形脉冲电压施加到开关变压器的初级线圈上时，在开关变压器的初级线圈中就有励磁电流流过：同时，在开关变压器的铁芯中就会产生磁场，变压器的铁芯就会被磁化，在磁场强度为H的磁场作用下又会产生磁感应强度为B的磁力线通量，简称磁通，用“”表示：磁感应强度B或磁通φ受磁场强度H的作用而发生变化的过程，称为磁化过程。所谓的励磁电流，就是让变压器铁芯充磁和消磁的电流。
　　根据法拉第电磁感应定理，电感线圈中的磁场或磁感应强度发生变化时，将在线圈中产生感应电动势：线圈中感应电动势为：
　　U=NdΦ/dt=NSdB/dt（1）
　　式中，N为开关变压器的初级线圈的匝数：Φ=SB为变压器铁芯的磁通量;B为变压器铁芯的磁感应强度或磁感应强度平均值。
　　这里引进磁感应强度平均值的概念，是因为变压器铁芯中的磁通并不是均匀分布，磁感应强度与铁芯或铁芯截面上的磁通实际分布有关。因此，在分析诸如变压器的某些宏观特性的时候，有时需要使用平均值的概念，以便处理问题简单
　　从（1）式可知，当磁感应强度的变化以等速变化进行时，则可表示：
　　dB/dt=Ut/NS（2）
　　假定磁感应强度的初始值为B（0）=B。（t=0），当t》0时，磁感应强度以线性规律增长，磁感应强度以线性规律增长，即：
　　B=B。+Ut/NS（3）
　　当t=τ时，即时间达到脉冲的后沿时，磁感应强度达到最大值Bm=B（τ）磁感应强度增量（磁感应强度初始值和最终值之差）△B=B（τ）-B（0）=Bm-B0
　　当输入电压是一序列单极性矩形脉冲时，根据电磁感应定律，在变压器铁芯中将产生一个磁感应强度增量与之对应，即：
　　△B=Uτ/NS（4）
　　如果能忽略涡流的影响，则磁场强度H的平均值取决于导磁体材料的性质。变压器初级线圈内的磁化电流的增长与H成正比。在特性曲线的直线段内磁场强度H、磁化电流和磁感应强度B都以线性变化。
　　脉冲电压作用结束后（t》τ），变压器中的磁化电流将按变压器的输出电路特性，即电路参数确定的规律下降，变压器铁芯内的磁场强度和磁感应强度也相应减弱，此时，在变压器线圈内会产生反极性电压，即反电动势。
　　上面分析虽然都是以单极性脉冲输入为例，但对双极性脉冲输入同样有效：在方法上，只须把双极性脉冲输入看成是两个单极性脉冲分别输入即可。
　　开关变压器分单激式开关变压器和双激式开关变压器，两种开关变压器的工作原理和结构并不是完全一样的。单激式开关变压器的输入电压是单极性脉冲，并且还分正反激电压输出：而双激式开关变压器的输入电压是双极性脉冲，一般是双极性脉冲电压输出。
　　另外，为了防止磁饱和，在单激式开关变压器的铁芯中一般都要留气隙;而双激式开关变压器的铁芯磁感应强度变化范围相对来说比较大，一般不容易出现磁饱和现象，因此，一般都不用留气单激式开关变压器还分正激式和反激式两种，对两种开关变压器的技术参数要求也不一样：对正激式开关变压器的初级电感量要求比较大，而对反激式开关变压器初级电感量的要求，其大小还与输出功率有关。
　　双激式开关变压器铁芯的磁滞损耗比较大，而单激式开关变压器铁芯的磁滞损耗比较小。这些参数基本上都与变压器铁芯的磁化曲线有关。