陶老师谈技术之二：关于开关电源变压器需做电流迭加测试的说明（二）
中心议题：如何对变压器的伏妙容量进行检测
解决方案：使用电流迭加法间接测量开关变压器线圈的最大伏秒容量和极限伏秒容量
对变压器的伏秒容量进行检测
变压器磁芯出现磁通密度饱和的主要原因，就是变压器的伏秒容量VT取得太小。下面我们来讨论，怎样对变压器伏秒容量VT进行测试的问题。
我们以前在检查遥控变压器质量好坏的时候，首先是要检查遥控变压器的励磁电流，或漏电流。但目前我们检查开关变压器质量好坏的时候，一般都只能检查开关变压器的电感量或漏感大小。能不能也象检查遥控变压器那样检查开关变压器的励磁电流呢？——很难。因为开关变压器一般都是工作于单极性磁化，测试开关变压器的励磁电流需要一个大功率直流脉冲输出电源，这种大功率直流脉冲输出电源工作很不安全，操作也不方便。
为此，我们可以采用另一种更简便的方法——电流迭加法，就是在变压器线圈中迭加一直流电流，让变压器铁芯进行磁化，然后，对开关变压器的电感量进行测量，从而间接测量开关变压器线圈的最大伏秒容量和极限伏秒容量。
图7是采用电流迭加法测试开关变压器电感量或伏秒容量的工作原理图。图7中，M是电感测试仪，LT是隔离电感，I是恒流源，Lx为待测开关变压器的初级电感。LT的电感量必须远远大于被测开关变压器初级线圈的电感量。下面我们来介绍图7的工作原理。
一般进行电感测量的时候，都是让电感线圈通过一个1KHz或10KHz的交流电，然后通过测试流过电感线圈的电流来间接测量电感线圈的阻抗或电感量。由于流过电感线圈的电流很小，并且是一个交流，用这种方法测试到的电感量与电感线圈工作时体现出来的电感量是有区别的，并且区别很大。
如果让被测试电感流过一个可变直流电流，就可以改变被测试电感磁化曲线的工作点，由此，就可以测试磁化曲线上任何一点的导磁率或者电感量，并且可以根据电感量的变化，找出磁饱和工作点，根据磁饱和工作点就可以进一步测量或计算出开关变压器的伏秒容量VT或最大伏秒容量VTm及极限伏秒容量VTmax。
下面我们来分析，怎么样定义叠加直流电流的大小和对开关变压器伏秒容量VT的测试。我们先看图8。
图8是变压器铁芯留有气隙的电流-电感或电流-磁通密度函数曲线图，在图8中，X轴代表流过变压器线圈的叠加直流电流I，Y轴代表变压器线圈的电感L或变压器铁芯中的磁通密度B；L-I为变压器线圈电感L对应于叠加直流电流I的变化曲线，B-I为变压器铁芯的磁通密度B对应于叠加直流电流I的变化曲线（初始磁化曲线）。
当迭加直流电流I = 0时，测得变压器线圈的电感量为L0，由于变压器铁芯初始磁化的时候，导磁率比较小，所以变压器线圈的初始电感量L0也比较小；随着迭加直流电流I的增加，变压器铁芯的导磁率也会增加，所以变压器线圈的电感量也随着迭加直流电流I的增加而增加，当迭加直流电流I达到某个值（I = Ib）的时候，变压器线圈的电感量达到最大值Lmax，随后，随着叠加直流电流I的增加，变压器线圈的电感量反而减小，并迅速下降，当叠加直流电流I = Is时，变压器铁芯的磁通密度开始出现饱和（B = Bs），变压器线圈的电感量减小到差不多等于0。
实际上，图8中的迭加直流电流I的作用就相当于图2-b)中的锯齿电流i1，即：变压器线圈的电感量是受流过变压器线圈的直流分量调制的。如果我们把流过变压器线圈的最大电流Im与变压器铁芯的最大磁通密度Bm对应，那么，我们可以用图8来定义流过变压器线圈的最大电流Im和变压器铁芯的最大磁通密度Bm。
由于最大磁通密度Bm概念经常被使用，为了避免混淆，这里我们再进一步定义一个极限磁通密度Bmax和一个极限电流Imax概念。
我们定义：当流过变压器初级线圈的电流I，使变压器初级线圈的电感L下降到初始电感L0的90%时，此时流变压器线圈的电流，我们称之为极限电流Imax，对应变压器铁芯中的磁通密度B，我们称之为极限磁通密度Bmax。
任何一个带铁芯的电感线圈都可以用图7表示的测量方法来测量电感线圈的初始电感量L0和最大电感量Lmax，以及极限电流Imax。通过测量电感量，以及与其对应的极限电流值Imax，就可以计算出开关电源变压器或储能电感线圈的极限伏秒容量VTmax。在变压器使用过程中，任何时刻，都不能超出变压器的极限伏秒容量VTmax。
反过来，我们还可以在特定的情况下，比如：在工作电压最高、负载最重的情况下，先测量开关电源的占空比或输出电压的脉冲宽度 ，然后计算出变压器初级线圈电流的最大值Im，最后给最大值Im乘以一个安全系数K（K=1.43），其结果就是流过开关变压器初级线圈电流的极限值Imax，即用于测量开关变压器初级线圈电感Lx的迭加电流值。
由此可知，开关电源变压器（反激式）在任何情况下，其初级线圈的工作电流都不能超过图8中的Imax，对应的磁通密度也不能超过图8中的Bmax。
由前面（1）式：
可以求得：
即：
或
以及
或
上面（8）式是用来计算开关电源变压器初级线圈或储能电感线圈电流的公式，式中 为流开关电源变压器初级线圈或储能电感线圈电流的最大值，即：开关接通后，持续时间等于 时，流过变压器初级线圈或储能电感线圈电流的瞬时值；E为开关电源的工作电压，V为加于变压器初级线圈两端的开关电压（直流脉冲电压），L1为变压器初级线圈电感量。
（9）式是用来计算开关电源变压器或储能电感线圈的伏秒容量VT的公式。与（8）式和（9）式对应。
（10）式是用来计算开关电源变压器或储能电感线圈的极限伏秒容量VTmax的公式。式中：VTmax变压器或电感线圈或储能电感线圈的极限伏秒容量，V为加于开关电源变压器初级线圈两端直流脉冲的最大幅度，Tmax为加于开关电源变压器初级线圈或储能电感线圈两端直流脉冲的极限时间（宽度）；
Imax为根据图7对开关电源变压器初级线圈或储能电感线圈电感Lx进行测试时的极限迭加电流，即：当迭加电流I增加到使开关电源变压器初级线圈或储能电感线圈的测量电感Lx等于初始电感量 的0.9倍时的电流值。也可以把Imax看成是流过开关电源变压器初级线圈或储能电感线圈的极限电流，此电流可以采用图7和图8定义的方法来测量； 为变压器初级线圈或储能电感线圈初始电感 下降到90%时的值。
这里顺便说明， 与Imax，VTm与VTmax在性质上基本相同，只是后者用max来表示，它是前者的极限值。
