【正文】 另外，目前繞制變壓器使用的漆包線大部分都不是純銅線，因此電阻率相對比較大，把這些因素一起考慮，電流密度更不能取高。這里順便提一下，變壓器線圈漆包線的電流密度一般取每平方毫米為2~3安培比較合適。如果n大于1，反饋線圈N3繞組與整流二極管D3的限幅保護作用就會增強，但流過反饋線圈N3繞組和整流二極管D3的電流也會增大，從而會增加損耗；如果n小于1，反饋線圈N3繞組與整流二極管D3的限幅保護作用就會減弱，尖峰脈沖很容易把電源開關管擊穿。因此，如果正激式開關電源電路中的儲能濾波電感和儲能濾波電容充電以及控制開關占空比，三者取得合適，輸出電壓紋波會很小。在正常輸出負載的情況下。但在進行變壓器設計的時候，還要對成本以及銅阻損耗等因素一起進行考慮。從（195）式和（196）式可以看出，變壓器初級線圈的匝數(shù)越多，伏秒容量和初級線圈的電感量也越大。還有一些高導磁率、高磁通密度磁材料（如坡莫合金），這種變壓器鐵心的導磁率和Bm值都可達10000高斯以上，但這些高導磁率、高磁通密度磁材料一般只用于雙激式開關電源變壓器中。在沒有留氣隙的變壓器鐵心中的Bm和Br的值一般都很高，但兩者之間的差值卻很?。涣粲袣庀兜淖儔浩麒F心，Bm和Br的值一般都要降低，但兩者之間的差值卻可以增大，氣隙留得越大，兩者之間的差值就越大，一般Bm可取1000~4000高斯，Br可取500~1000。為了防止脈沖變壓器飽和，一般開關變壓器都在磁回路中留一定的氣隙。必須指出Bm和Br都不是一個常量，當流過變壓器初級線圈的電流很小時，Bm是隨著電流增大而增大的，但當電流再繼續(xù)增大時，Bm將不能繼續(xù)增大，這種現(xiàn)象稱磁飽和。在一定的變壓器伏秒容量條件下，輸入電壓越高，變壓器能夠承受沖擊的時間就越短，反之，輸入電壓越低，變壓器能夠承受沖擊的時間就越長；而在一定的工作電壓條件下，變壓器的伏秒容量越大，變壓器的鐵心中的磁感應強度就越低，變壓器鐵心就更不容易飽和。（195）式中，Uit 就是變壓器的伏秒容量，即：伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積，這里我們把伏秒容量用US來表示。式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數(shù)，S為變壓器鐵心的導磁面積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵心的最大磁感應強度（單位：高斯），Br為變壓器鐵心的剩余磁感應強度（單位：高斯），Br一般簡稱剩磁，τ = Ton，為控制開關的接通時間，簡稱脈沖寬度，或電源開關管導通時間的寬度（單位：秒），一般τ取值時要預留20%以上的余量，Ui為工電壓，單位為伏。其中磁通量 還可以表示為：上式中，S為變壓器鐵心的導磁面積（單位：平方厘米），B為磁感應強度，也稱磁感應密度（單位：高斯），即：單位面積的磁通量。當控制開關接通以后，勵磁電流就會隨時間增加而增加，變壓器鐵心中的磁通量也隨時間增加而增加。關于開關電源變壓器的工作原理以及參數(shù)設計后面還要更詳細分析，這里只做比較簡單的介紹。正激式開關電源變壓器參數(shù)的計算正激式開關電源變壓器參數(shù)的計算主要從這幾個方面來考慮。同理，（190）式和（191）式的計算結(jié)果，只給出了計算正激式變壓器開關電源儲能濾波電感L和濾波電容C的中間值，或平均值，對于極端情況可以在平均值的計算結(jié)果上再乘以一個大于1的系數(shù)。正激式變壓器開關電源電路參數(shù)的計算正激式變壓器開關電源電路參數(shù)計算主要對儲能濾波電感、儲能濾波電容，以及開關電源變壓器的參數(shù)進行計算。一般電源開關管的耐壓都在650伏左右，因此，正激式變壓器開關電源在輸入電壓為交流220伏的設備中很少使用，或者用兩個電源開關管串聯(lián)來使用。一般圖117中的變壓器反饋線圈N3繞組和整流二極管D3，對變壓器初級線圈N1繞組漏感產(chǎn)生的反電動勢電壓是無法進行吸收的，這一點需要特別注意。例如電源輸入電壓為交流220伏，經(jīng)整流濾波后其最大值就是311伏，根據(jù)（189）式可求得Uk = 622伏；如果輸入電壓為交流253伏（177。根據(jù)（168）式和圖116b可知，Up一般都大于輸入電壓Ui，因此Ukp大于兩倍Ui。因此，為了提高工作效率和降低反電動勢電壓的幅度，盡量減小正激式開關電源變壓器初級線圈的勵磁電流是值得考慮的。因為一般正激式變壓器開關電源工作時，而反激式變壓器開關電源控制開關的占空比都取得比較小。另外，正激式變壓器開關電源為了減少變壓器的勵磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大（伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積，這里用US來表示），并且為了防止變壓器初級線圈產(chǎn)生的反電動勢把開關管擊穿，正激式變壓器開關電源的變壓器要比反激式變壓器開關電源的變壓器多一個反電動勢吸收繞組，因此，正激式變壓器開關電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關電源的變壓器的體積大。此外，正激式變壓器開關電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對于反激式變壓器開關電源來說要低很多，這個從（177）和（178）式的對比就很明顯可以看出來。正激式變壓器開關電源的缺點也是非常明顯的。當流過儲能濾波電感的電流為連續(xù)電流時，負載能力相對來說比較強。另外，由于正激式變壓器開關電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲能電感在控制開關接通和關斷期間都向負載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開關電源的負載能力相對來說比較強，輸出電壓的紋波比較小。S和K的值越小，表示輸出電壓和電流越穩(wěn)定，電壓和電流的紋波也越小。因此，電壓和電流的脈動系數(shù)Sv、Si以及波形系數(shù)Kv、Ki分別表示為：上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分別表示：電壓和電流的脈動系數(shù)S，和電壓和電流的波形系數(shù)K，在一般可以分清楚的情況下一般都只寫字母大寫S或K。正激式變壓器開關電源的優(yōu)缺點為了表征各種電壓或電流波形的好壞，一般都是拿電壓或電流的幅值、平均值、有效值、一次諧波等參量互相進行比較。這個并聯(lián)電容不但可以提高電源的輸出電壓（相當于倍壓整流的作用），還可以大大地減小整流二極管D1的損耗，提高工作效率。這里順便說明，在圖117中，最好在整流二極管D1的兩端并聯(lián)一個高頻電容（圖中未畫出）。因此，變壓器次級線圈N3繞組匝數(shù)與變壓器初級線圈N1繞組匝數(shù)之比n最好大于一或等于一。值得注意的是，變壓器初、次級線圈的電感量不是與線圈匝數(shù)N成正比，而是與線圈匝數(shù)N2成正比。精確計算電流i3的大小，可以根據(jù)（180）式以及下面方程式求得，當控制開關K關閉時：上式中右邊的第一項就是流過變壓器初級線圈N1繞組中的最大勵磁電流被折算到次級線圈N3繞組中的電流，第二項是i3中隨著時間變化的分量。圖118b）正激式開關電源變壓器次級反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組的電壓波形。一般正激式開關電源變壓器的初級線圈匝數(shù)與次級反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組的匝數(shù)是相等的，即：初、次級線圈匝數(shù)比為：1 ：1 ，因此，?i1 = i3 。但由于變壓器初級線圈中勵磁電流?i1被折算到變壓器次級線圈的電流?i1/n的方向與原來變壓器次級線圈的電流i2(Ton+)的方向是相反的，整流二極管D1對電流?i1/n并不導通，因此，電流?i1/n只能通過變壓器次級線圈N3繞組產(chǎn)生的反電動勢，經(jīng)整流二極管D3向輸入電壓Ui進行反充電。如果變壓器鐵心中的磁通 產(chǎn)生突變，變壓器的初、次級線圈就會產(chǎn)生無限高的反電動勢，反電動勢又會產(chǎn)生無限大的電流，而電流又會抵制磁通的變化，因此，變壓器鐵心中的磁通變化，最終還是要受到變壓器初、次級線圈中的電流來約束的。另外，流過正激式開關電源變壓器的電流i1除了i10之外還有一個勵磁電流，我們把勵磁電流記為?i1。因此，在控制開關K接通瞬間流過正激式開關電源變壓器的電流立刻就可以達到某個穩(wěn)定值，這個穩(wěn)定電流值是與變壓器次級線圈電流大小相關的。圖118c）是流過變壓器初級線圈電流i1的波形。圖117中，在Ton期間，控制開關K接通，輸入電源Ui對變壓器初級線圈N1繞組加電，初級線圈N1繞組有電流i1流過，在N1兩端產(chǎn)生自感電動勢的同時，在變壓器次級線圈N2繞組的兩端也同時產(chǎn)生感應電動勢，并向負載提供輸出電壓。圖118是圖117中正激式變壓器開關電源中幾個關鍵點的電壓、電流波形圖。由于控制開關突然關斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，此時，流過反饋線圈N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置，即：流過反饋線圈N3繞組中電流是由最大值逐步變化到0的。因此，在圖117中，為了防止在控制開關K關斷瞬間產(chǎn)生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組，以及增加了一個削反峰二極管D3。關于電壓平均值輸出濾波電路的詳細工作原理，請參看“12．串聯(lián)式開關電源”部分中的“串聯(lián)式開關電源電壓濾波輸出電路”內(nèi)容。圖117中，儲能濾波電感L和儲能濾波電容C，還有續(xù)流二極管D2，就是電壓平均值輸出濾波電路。我們從（176）和（177）兩式可知，改變控制開關K的占空比D，只能改變輸出電壓（圖116b中正半周）的平均值Ua ，而輸出電壓的幅值Up不變。在圖117中，需要特別注意的是開關變壓器初、次級線圈的同名端。正激式變壓器開關電源工作原理所謂正激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈正好有功率輸出。 正激式開關電源變壓器初級線圈匝數(shù)的計算 正激式變壓器開關電源的優(yōu)缺點根據(jù)（163）式與半波平均值的定義，可以求得正激式開關電源輸出電壓為：根據(jù)（170）式和（175）式，可以求得反激式開關電源輸出電壓為：由（176）、（177）和（178）、（179）式看出：當開關電源工作于正激式輸出狀態(tài)的時候，改變控制開關K的占空比D，只能改變輸出電壓（圖116b中正半周）的平均值Ua ，而輸出電壓的幅值Up不變；當開關電源工作于反激式輸出狀態(tài)的時候，改變控制開關K的占空比D，不但可以改變輸出電壓uo（圖116b中負半周）的幅值Up ，而且也可以改變輸出電壓的平均值Ua 。另外，還需特別注意：（175）式中，正激電壓的幅值或半波平均值是不會跟隨控制開關的接通時間Ton或占空比D的改變而改變的；而反激電壓的幅值或半波平均值則要跟隨控制開關的接通時間Ton或占空比D的改變而改變，占空比D越大，反激電壓的幅值或半波平均值就越高。在變壓器開關電源中，正激式輸出電壓的計算比較簡單，而反激式輸出電壓的計算相對來說很復雜，因此，如果沒有十分必要，最好采用半波平均值的概念和（175）式，通過計算正激電壓的半波平均值，來推算反激式輸出電壓的半波平均值。正激輸出電流產(chǎn)生的磁通與流過變壓器初級線圈電流產(chǎn)生的磁通，方向相反，互相可以抵消，而剩下來的磁通正好就是勵磁電流產(chǎn)生的；因此，只有勵磁電流產(chǎn)生的磁通才會產(chǎn)生反激式輸出電壓和電流。不管正激式輸出功率或電流多大，變壓器初級線圈中的勵磁電流或磁通的變化只與輸入電壓和變壓器的初級電感量有關，而與正激式輸出功率或電流大小無關。但勵磁電流產(chǎn)生的磁通并不直接向正激電壓Upa提供能量輸出，因為（171）、（172）、（173）、（174）等式中的磁通 并不是由正激電壓產(chǎn)生的，而是由勵磁電流自己產(chǎn)生的。這樣定義雖然有點勉強，但主要目的還是為了讓我們增強對開關電源工作原理的理解。在正激式開關電源中，由于只有正激電壓Upa向負載提供功率輸出，所以反激電壓Upa就相當于一個附屬產(chǎn)品需要另外回收；在反激式開關電源中，由于只有反激電壓Upa向負載提供功率輸出，所以正激電壓Upa就相當于用來對能量進行存儲，以便于給反激電壓Upa提供能量輸出。如：在正激式開關電源中，只有（175）式等號左邊Upa電壓向負載提供功率輸出，通過改變控制開關的占空比，可以改變其輸出電壓的平均值；在反激式開關電源中，只有（175）式等號右邊Upa電壓向負載提供功率輸出，通過改變控制開關的占空比，可以改變其輸出電壓的半波平均值。在開關電源中，正激電壓和反激電壓是同時存在的，但在單激式開關電源中一般只能有一種電壓用于功率輸出。從圖116b可以看出，Upa正好等于Up，但Upa并不等于Up ，Upa 小于Up 。如果我們把輸出電壓uo的正、負半波分別用平均值Upa、Upa來表示，則有：根據(jù)電磁感應定律可以對變壓器次級線圈N2繞組回路列出方程：分別對（171）和（172）兩式進行積分得：由此我們可以求得，單激式變壓器開關電源輸出電壓正半波的面積與負半波的面積完全相等，即：（175）式就是用來計算單激式變壓器開關電源輸出電壓半波平均值Upa和Upa的表達式。從（163）和（167）式可以看出，開關電源變壓器的工作原理與普通變壓器的工作原理是不一樣的。由此可知，在控制開關K關斷瞬間，當變壓器次級線圈回路負載開路時，變壓器次級線圈回路會產(chǎn)生非常高的反電動勢。所以（165）式可以寫為：（166）式中，括弧中的第一項表示變壓器次級線圈回路中的電流，第二項表示變壓器初級線圈回路中勵磁電流被折算到變壓器次級線圈回路的電流。因此，在控制開關K關斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通 主要由變壓器次級線圈回路中的電流來決定，即：式中負號表示反電動勢e2的極性與（162）式中的符號相反，即：K接通與關斷時變壓器次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢的極性正好相反。由于變壓器初級線圈回路中的電流產(chǎn)生突變，而變壓器鐵心中的磁通量 不能突變，因此，必須要求流過變壓器次級線圈回路的電流也跟著突變，以抵消變壓器初級線圈電流突變的影響，要么，在變壓器初級線圈回路中將出現(xiàn)非常高的反電動勢電壓，把控制開關或變壓器擊穿。我們再來分析控制開關K關斷期間的情況。根據(jù)電磁感應定律可以對變壓器初級