关电源变压器铁芯气隙的选取 前面已经提过，单击式开关电源变压器由于输入电压为单极性电压脉冲，当脉冲 幅度和宽度超过变压器的伏秒容量时，变压器铁芯将出现磁饱和为了防止开关 变压器铁芯出现磁饱和最简单的方法是在变压器铁芯中留气隙，或采用反磁场当在变压器铁芯中留有气隙时，由于空气的导磁率只有铁芯导磁率的几千分之 一，磁动势几乎都降在气隙上面；因此，留有气隙的变压器铁芯，其平均导磁率 将会大大下降；不但剩余磁通密度也会降低，而且最大磁通密度 Bm 可以达到 饱和磁通密度Bs ；从而使磁通增量增大，变压器铁芯不再容易出现磁饱和如 图 2-24 所示是留有气隙的变压器铁芯的工作原理图与磁化曲线图 在图2-24-a中，假设11为气隙长度，变压器铁芯磁路的总长度为lc,则磁路 的磁通势为：△ Hlc=AB(l1-lc)/pc +△BlI/pO上式中，pc为变压器铁芯的导磁率；pO为空气的导磁率，其值约等于1； lc 为变压器铁芯磁路的总长度； l1 为气隙的长度； △H 为磁场强度增量； △B 为磁通密度增量由于lc >>11 ，p0^1，所以，(lc—11 ) ~lc，因此上式可化简为：上式中，pa为有气隙铁芯的平均导磁率，pc为变压器铁芯的导磁率，l1为 气隙的长度，lc为变压器铁芯磁路的总长度。
2-72)式中，由于pc不是一个常数，我们不能用求导数的方法把l1当成一 个变数来求pa的最大值；另外，求pa的最大值也不是我们的主要目的；我们 的愿望是在最大磁通密度增量AB的条件下，要求平均导磁率pa也能达到最 大我们再来看图2-24-b在图2-24-b中，虚线表示变压器铁芯没有气隙时的磁 滞回线，实线表示变压器铁芯留有气隙时的磁滞回线，其中磁化曲线o-a为留有气隙铁芯的基本磁化曲线这里的基本磁化曲线与初始磁化曲线并不完全相 同，这里的基本磁化曲线相当于磁化曲线的几何平均值，以便用于分析磁场强度 增量 △H 与磁感应密度增量 △B 的关系显然，对应每一个气隙长度的取值就有一组相应的磁滞回线；但不管气隙长度取 得多大，铁芯的最大磁通密度 Bm 只能达到铁芯磁饱和时对应的 Bs 值，它不会 随着气隙长度 l1 的增长而继续增长；而铁芯的剩余磁通密度 Br 也不会因气隙 长度11增长而大幅度下降因此，11应该有一个最佳值，它应该既要兼顾磁通 密度增量AB的最大，也要兼顾平均导磁率pa达到最大的条件为了求出的最佳值，我们可以沿着基本磁化曲线o-a不断地画切线，如图中切 线o-b；切线与H轴夹角p的正切值tgp就是此点的导磁率；当切线的相切点 位于最大磁通密度增量AB的二分之一位置上时，这点的正切值tgp就可以认 为等于平均导磁率 pa ；由此我们可以看出平均导磁率 pa 总是小于或者等于正 切值 tgp 。
bh)L^l2-24如果我们把最大正切值tgp对应的磁通密度增量AB和磁场强度增量AH ,定 义为铁芯的最佳工作点，那么通过切线o-b就可以求出对应的11最佳值可以 证明通过原点的切线o-b是正切值最大的切线，因为实际中的基本磁化曲线是 不存在的，基本磁化曲线相当于磁化曲线的几何平均值，是一条按电容充电规律 变化的指数曲线（请参考《2-1-1-9．开关电源变压器铁芯磁滞回线测量》章节 的内容）；另外，所定义的最佳工作点就是气隙长度 11 最小值对应的工作点从图 2-24-b 以及（2-72）式可以看出，当 pcl1/lc>>1 时，有气隙铁芯的平 均导磁率pa基本与气隙11的长度成反比；因此pcl1/lc的值正好就是对应图 2-24-b中，切线o-b与B轴夹角a的正切值tga ； AH代表pcl1，AB代 表lcpc与11相乘正好把两条正交直线H和B的单位进行归一化，要么它们 之间的夹角就没有意义由图2-24-b可以看出，当tga-1/2时，11为最佳值，实际上也是11的最 小值；因为，平均导磁率pa会随着11增大而减小因此，11的最佳值（或 最小值）由下式求得：ll/lc-2/pc （2-73）把（2-73）式的结果代入（2-72）式，可以求得，当 11 为最佳值时，有气隙 铁芯的平均导磁率 pa 正好等于没有气隙铁芯导磁率 的三分之一。
这里特别指出：（2-73）式给出的结果，是在初步满足磁通密度增量要求的条 件下，求有气隙铁芯的平均导磁率 pa 最大值的条件；当然是气隙长度越小，平 均导磁率 pa 就越大但在实际工作中， pa 的值要小于此值，因为，对气隙长 度要预留一定的余量，变压器铁芯的工作点不可能让永远工作在最佳值的边沿； 因此，实际工作中的变压器铁芯，其最大磁通密度增量AB和最大磁场强度增 量AH都会超出（2-73）式给出条件的范围；所以，由（2-73）式求出的气隙 长度 11 也是最低极限值例如：当没有气隙铁芯的导磁率pu = 1000时，比值为11 /lc =2・1O3，如果 变压器铁芯磁路的总长度lc=120mm，则铁芯的最小气隙长度11应该等于 0.24mm在实际应用中，可以取11 =0.5mm,即最小气隙长度的2倍此 时，平均导磁率 pa 只有铁芯导磁率 pc 的 1/5，即 pa =200防止开关变压器铁芯出现磁饱和最简单的另一种方法是采用反磁场，在变压器铁 芯中安装永久磁铁，或在变压器的初、次级线圈上另外增加一反向直流，并且此 直流一般需要用扼流圈电感隔离，或用恒流源供电由于在变压器的初、次级线 圈上另外增加一反向直流会降低开关电源的工作效率，以及增加成本，目前大多 数的开关电源都没有采用这种方法；只有一些要求磁化动态范围比较大，且输出 功率也特别大，并且不需考虑成本的场合才会使用。
顺便指出，用于正激式开关变压器铁芯的气隙长度与反激式开关变压器铁芯的气 隙长度是不一样的；正激式开关变压器铁芯的气隙长度完全为了满足最大磁通密 度增量 的要求，而反激式开关变压器铁芯的气隙长度，除了要满足最大磁通密 度增量 的要求外，还要满足最小电感量的要求一般反激式开关变压器铁芯的 气隙长度要比正激式开关变压器铁芯的气隙长度大・耦合系数耦合系数反映变压器绕组间耦合程度，有些资料称为绕组间互感系数，理想 变压器耦合系数等于1，实际变压器小于1® % 0①.实际变压器如图①：初级绕组n激励电压为j,次级n：感应电压为…址为耦合系数n , g是变压器实际绕制的匝数V汙v宀公式说明感应电压V2小于理论值，310仪器具体应用图①的康理 旳1 ・二•高频变压器对耦合及相位的具体要求高频变压器绕组多，绕组间相位关系要求准确，耦合程度应控制在一定范围 内，并不是越大越好开关电源有正向激励和反向激励两种方式，反向激励电源 变压器要求磁芯有一定气隙，两种激励电源对变压器有不同的要求激励绕组，取样绕组和主绕组要求有固定的位置，这和电源设计的综合分析 有关，一旦综合设计完成，变压器绕组的相对位置耦合系数也就有一定要求。
变 压器生产厂商应注意：磁芯材质、气隙大小，绕组的匝数相对位置、绕组绕线的 松紧、等等因素，GKT310匝比仪及GKT3259综合测试仪能较好地反映这些问题圈数相同的绕组在变压器磁路中由于工艺不同，感应电压有不同的值：1. 双线并绕，感应电压接近理论值2. 变压器磁芯无气隙，感应电压接近理论值3. 绕组接近气隙，感应电压小；绕组离气隙远一点，感应电压大，耦合系数 接近1三.310相位匝比仪的几种测量模式无秆引0有3种测量模式，电压法、比值法和相对匝数法电压法是图①及公式均=%土的体现iX..注意：使用310为了避免测量误差，尽量避免使用升压法测量「测量中将仪器Np输出 连接到变压器初级』即变压器绕组中匝数最多的一组，相对匝数法，即人为定义初级匝数，仪器根据各个次级和初级的比值计算岀相对匝数 如定贸初级为Np,次级为％……% 初级激励电压为Vp,次级感应电压为V盜同样因为耦合系数水于1的原因亍吆小于绕组实际匝数，气隐越大，％越小探Np任意设定毫无意义，一定要设定变压器实际初级Np匝数，310匝比仪以 及3259综合测试仪是一种精密的对比型分析仪器，要求样品绝对无误，设置样 品实际中心值，合理设置允许偏差值，批量生产就不会差错。
任何科技都有局限 性，匝比仪及综合测试仪无法判断磁芯材质、电磁线材质、及绕组间耐压绝缘要 求使用过程中过分强调测到实际次级匝数会走入误区，如用匝比仪或综合测试 仪测量变压器，测到某一绕组是1.5匝，实际绕制中要么1匝，要么2匝，不可能绕出1.5匝从耦合系数分析，就有明确的认识，那就是要比理论值小综上所述，变压器的相位匝比测试，应该是一个比较测试，一定要做好取样, 确定好误差范围匝数比等于电压比，这是理想变压器，考虑偶合因素才是实际 变压器。