磁飽和變壓器簡介
磁飽和變壓器又叫恒壓變壓器，不僅具有交流穩(wěn)壓、抗干擾、電壓變換、過流保護(hù)等多種功能，而且結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)可靠研制和生產(chǎn)周期短，便于維護(hù)使用，自它問世以來，立即受到各方面的重視，在計(jì)算機(jī)、機(jī)床、照明、礦山、交通、電信、電視燈電子設(shè)備的電源中已逐步等到推廣應(yīng)用。磁飽和變壓器從外觀上看時一個單鐵心結(jié)構(gòu)，已普通變壓器的區(qū)別僅在于;磁飽和變壓器的初級線圈和次級線圈之間被一個帶空氣氣隙的磁分路分開，另外輸出線圈并聯(lián)一個諧振電容。諧振電容線圈可以和輸出線圈分開設(shè)置，以便用增高振蕩電壓的方法來減少所需的電容量。
磁飽和變壓器的原理
磁飽和穩(wěn)壓器是利用鐵芯的磁化曲線的非線性特性制成的。它的主要部分是一個飽和變壓器，其鐵芯截面與一般變壓器不同，初級線圈的截面積大，為非飽和線圈;次級線圈的鐵芯截面積小，為飽和線圈。當(dāng)穩(wěn)壓器工作時，隨著電源電壓的增加，鐵芯內(nèi)磁通也隨之增加。當(dāng)次級鐵芯內(nèi)磁通達(dá)到飽和點(diǎn)時，電源電壓再增加，增加的磁通只能漏到空氣中，而次級鐵芯內(nèi)磁通基本上不再增加，所以次級線圈所產(chǎn)生的輸出電壓也就基本不變了，起到了穩(wěn)壓作用。
上述穩(wěn)壓器為使線圈達(dá)到飽和需要很大的磁化電流，而且電感線圈在交流電路中進(jìn)行磁電轉(zhuǎn)換的過程中，在電路中形成無效電流，由于電路中有電阻存在，勢必增加電源的無功損耗，使穩(wěn)壓器工作效率不高。為解決這一問題，在磁飽和穩(wěn)壓器次級線圈兩端并聯(lián)一個電容器，構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，構(gòu)成諧振式磁飽和穩(wěn)壓器。當(dāng)電源頻率與諧振回路的固有頻率相等時，即可產(chǎn)生振蕩，從理論上講，諧振回路內(nèi)電流無限大，因此使飽和鐵芯很快飽和。當(dāng)諧振回路產(chǎn)生振蕩時，其阻抗視為無限大，因而諧振電路兩端電流很小，減少了電源的供電功率，提高了穩(wěn)壓器的效率。原理圖見圖1所示：
圖中，鐵芯面積大的一邊為非飽和區(qū)，面積較少的為飽和區(qū)，L3稱為電壓補(bǔ)償繞組。一般來說簡單型交流穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)為輸入電壓變化會引起輸出電壓較大的變化，為此，我們工程上采取將非飽和區(qū)的一部分電壓與輸出電壓反向串接，抵消變化部分。L3和L1繞在非飽和鐵芯，L3與L2串聯(lián)，單電壓方向相反，從而補(bǔ)償了輸出電壓的V0的變化，使之趨于穩(wěn)定。我們知道電感上電流比電壓相位滯后90°，電容上電流比電壓超前90°，如果電感和電容并聯(lián)，加上同一個電壓電感上的支路電流與電容上的支路電流相互抵消，當(dāng)二者大小相等時，盡管各自數(shù)值較大，但是供給該并聯(lián)回路的總電流卻很小，這種現(xiàn)象我們稱之為并聯(lián)諧振。鐵磁諧振的最大實(shí)用價值在于不要很大的輸入電流即可讓鐵磁回路呈現(xiàn)飽和，從而克服了穩(wěn)壓電源電路需要從電網(wǎng)吸收電流過大的缺點(diǎn)。
因此，我們把具有磁飽和性能的電源變壓器稱之為磁飽和變壓器又叫恒壓變壓器，它不僅具有交流穩(wěn)壓、抗干擾、電壓變換、過流保護(hù)等多種功能，而且結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)可靠，便于維護(hù)使用。自它問世以來，就得到了廣泛的應(yīng)用，在工礦企業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生、交通、電信、廣播電視等設(shè)備的電源中均有應(yīng)用。磁飽和變壓器從外觀上看是一個單鐵芯結(jié)構(gòu)，與普通電源變壓器的區(qū)別僅在于：磁飽和變壓器的初級線圈和次級線圈之間被一個帶空氣氣隙的磁分路分開，另外輸出線圈并聯(lián)一個諧振電容，而且諧振電容線圈可以和輸出線圈分開設(shè)置，以便利用提高振蕩電壓的方法來減少所需的電容量，尤其在磁飽和變壓器設(shè)計(jì)用于次級多組低壓輸出，諧振電容要和次級諧振線圈分開設(shè)置。
磁飽和變壓器的優(yōu)點(diǎn)
1.結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高
2.電壓穩(wěn)定度高，穩(wěn)壓范圍寬，在額定負(fù)載的情況下，當(dāng)輸入電壓在額定值的±20%的范圍內(nèi)變化時，輸出電壓穩(wěn)壓精度可限制在±1%范圍內(nèi)，特別值得注意的是，磁飽和變壓器的穩(wěn)壓范圍與輸出負(fù)荷量有關(guān)，當(dāng)輸出負(fù)荷減少時，穩(wěn)定范圍可相應(yīng)加寬，磁飽和變壓器的穩(wěn)定范圍與負(fù)荷量有關(guān)，這一特點(diǎn)是任何其他形式的電子穩(wěn)壓器無法比擬的，這使它特別適用于電網(wǎng)電壓波動大的場合。
3.磁飽和變壓器具有較強(qiáng)的抗干擾的能力磁飽和變壓器的電路形式實(shí)際善相當(dāng)于諧振濾波器，據(jù)有低通濾波器的性能，可以抗幾百到幾萬赫茲頻率的干擾。
4.具有普通變壓器的功能：磁飽和變壓器一普通變壓器一樣具有初次和次級隔離、變壓、多組輸出等功能
5.輸出功率保護(hù)：當(dāng)磁飽和變壓器的輸出功率超出設(shè)計(jì)功率時，其輸出電壓就失去穩(wěn)定功能，開始呈下垂特性，于此同時輸入功率并不增加，但輸出短路時，輸出電壓為零，輸出電流小于額定輸出電流的1.5-2倍，而輸入電流不增加，磁飽和變壓器長期短路不會燒毀。
磁飽和變壓器的缺點(diǎn)
1.批量產(chǎn)品一致性差
2.輸出特性差
3.輸出波形不好
4.頻率特性差
5.溫升高，噪音大。
磁飽和變壓器的危害
一旦發(fā)生磁飽和，對開關(guān)電原的危害性極大，輕則使元器件過熱，重則會損壞元器件。在磁飽和時，一次繞組的電感量LP明顯降低，以至于一次繞組的直流電阻（銅阻）和內(nèi)部功率開關(guān)管MOSFET的功耗迅速增加，導(dǎo)致一次側(cè)電流急劇增大，有可能TOPSwitch的內(nèi)部的限流電路還來不及保護(hù)，MOSFET就已經(jīng)損壞。發(fā)生磁飽和和故障時主要表現(xiàn)在：
1、高頻變壓器很燙，TOPSwitch芯片過熱;
2、當(dāng)負(fù)載加重時輸出電壓迅速跌落，達(dá)不到設(shè)計(jì)輸出功率。
為了防止高頻變壓器磁飽和主要是適當(dāng)減小一次繞組的匝數(shù)。此外，盡量選擇尺寸較大的磁心并且給磁心留出一定的氣隙寬度，也能防止磁心進(jìn)入磁飽和狀態(tài)。