伏秒容量表示：一個變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長時間的沖擊。在變壓器伏秒容量一定的條件下，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，變壓器的鐵芯中的磁通密度就越低，變壓器鐵芯就不容易飽和。

  通過對開關電源變壓器伏秒容量的測量，可以知道開關電源變壓器的鐵芯是否正好工作于最佳磁通密度的位置上；以及占空比，或者工作頻率，是否取得合理；同時還可以檢查變壓器鐵芯氣隙長度留得是否合適。

  長期以來，人們在設計或使用開關電源變壓器的時候，一般只關心開關變壓器的輸入、輸出電壓、電流的大小，以及電感量等參數，而很少關心開關變壓器的伏秒容量。其實，開關變壓器的伏秒容量也是一個非常重要的參數，不過，目前很多人并不十分清楚伏秒容量到底是個什么東西，或者怎樣對伏秒容量進行測試，以及怎樣使用伏秒容量這個參數。因此，這里簡單介紹一下什么是開關電源變壓器的伏秒容量，然后再分析怎樣對開關電源變壓器的伏秒容量進行測量，并定義其測量方法。

一、什么是變壓器的伏秒容量

圖 1 是反激式變壓器開關電源的工作原理圖。在圖1中，當輸入電壓E加于開關電源變壓器初級線圈N1的兩端時，由于變壓器次級線圈產生的電動勢與流過二極管的電流方向正好相反，相當于所有次級線圈均開路，此時開關變壓器相當于一個電感L1。其等效電路如圖2-a) 所示，圖2-b) 是開關接通時，電感兩端的電壓和流過電感L1的電流。

從圖2可以看出，流過變壓器的電流只有勵磁電流，變壓器鐵心中的磁通量全部都是由勵磁電流產生的。如果開關電源變壓器初級線圈的電感量是恒定的，或變壓器鐵芯的導磁率永遠保持不變；那么，當控制開關接通以后，流過變壓器初級線圈的勵磁電流就會隨時間增加而線性增加，變壓器鐵心中的磁通量也隨時間增加而線性增加。根據電磁感應定理：

     式中e1為變壓器初級線圈產生的電動勢，L1為變壓器初級線圈的電感量，f 為變壓器鐵心中的磁通量，E為變壓器初級線圈兩端的輸入電壓。其中磁通量f 還可以表示為：

    上式中，k 是一個與單位制相關的系數，S 為變壓器鐵心的導磁面積，B 為磁感應強度，也稱磁通密度，即：單位面積的磁通量。

把（2）式代入（1）式，并進行積分：

（4）式就是計算反激式開關電源變壓器初級線圈N1 繞組匝數的公式。式中，N1 為變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數，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；E 為工作電壓，單位為伏。式中的指數（k）是統一單位用的，選用不同單位制，指數的值也不一樣，這里選用CGS 單位制，即：長度為厘米（cm），磁感應強度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。

（5）式中，E×t 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VT來表示。伏秒容量VT 表示：一個變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長時間的沖擊。在變壓器伏秒容量一定的條件下，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，變壓器的鐵芯中的磁通密度就越低，變壓器鐵芯就不容易飽和。當變壓器的鐵芯面積固定以后，變壓器的伏秒容量主要就是由磁通增量⊿B（⊿B = Bm－Br）的大小以及變壓器初級線圈的匝數N1來決定。

另外，我們知道，磁感應強度是由磁場強度來決定的，即磁通增量⊿B也是由磁場強度來決定的。如圖3 所示。

    圖 3 中，虛線B 為變壓器鐵芯的初始磁化曲線，所謂的初始磁化曲線就是變壓器鐵芯還沒有帶磁，第一次使用時的磁化曲線，一旦變壓器鐵芯帶上磁后，初始磁化曲線就不再存在了。因此，在開關變壓器中，變壓器鐵芯的磁化一般都不是按初始磁化曲線來進行工作的，而是隨著磁場強度增加和減少，磁感應強度將沿著磁化曲線ab 和ba，或磁化曲線cd 和dc，來回變化。當磁場強度增加時，磁場強度對變壓器鐵芯進行充磁；當磁場強度減少時，磁場強度對變壓器鐵芯進行退磁。

磁場強度由0 增加到H1，對應的磁感應強度由Br1沿著磁化曲線ab 增加到Bm1；而當磁場強度由H1下降到0 時，對應的磁感應強度將由Bm1沿著磁化曲線ba 下降到Br1。如果不考慮磁通的方向，磁通的變化量就是⊿B1 ，即磁通增量⊿B1 = Bm1－Br1。

如果磁場強度進一步增大，由0 增加到H2，則磁化曲線將沿著曲線cd 和dc 進行，對應產生的磁通增量⊿B2 = Bm2－Br2。

    由圖3中可以看出，對應不同的磁場強度，即不同的勵磁電流，磁通變化量也是不一樣的，并且磁通變化量與磁場強度不是線性關系。圖4是磁感應強度與磁場強度相互變化的函數曲線圖。圖4 中，曲線B 是磁感應強度與磁場強度對應變化的曲線；曲線m 為導磁率與磁場強度對應變化的曲線。其中：B uH（6）

 由圖4 中可以看出，導磁率最大的地方并不是磁感應強度或磁場強度最小或最大的地方，而是位于磁感應強度或磁場強度的某個中間值的地方。當導磁率達到最大值之后，導磁率將隨著磁感應強度或磁場強度增大，而迅速下降；當導磁率下降到將要接近0 的時候，我們就認為變壓器鐵芯已經開始飽和。如圖中Bs和Hs。

    由于導磁率的變化范圍太大，且容易飽和，因此，一般開關電源使用的開關變壓器都要在變壓器鐵芯中間留氣隙。圖5-a) 是中間留有氣隙變壓器鐵芯的原理圖，圖5-b) 是中間留有氣隙的變壓器鐵芯的磁化曲線圖，及計算變壓器鐵芯最佳氣隙長度的原理圖。

    圖 5-b) 中，虛線是沒留有氣隙變壓器鐵芯的磁化曲線，實線是留有氣隙變壓器鐵芯的磁化曲線；曲線b 是留有氣隙變壓器鐵芯的等效磁化曲線，其等效導磁率，即曲線的斜率為tgb ； a m 是留有氣隙變壓器鐵芯的平均導磁率； c m 是沒留有氣隙時變壓器鐵芯的導磁率。

    由圖5可以看出，變壓器鐵芯的氣隙長度留得越大，其平均導磁率就越小，而變壓器鐵芯就不容易飽和；但變壓器鐵芯的平均導磁率越小，變壓器初、次級線圈之間的漏感就越大。因此，變壓器鐵芯氣隙長度的設計是一個比較復雜的計算過程，并且還要根據開關電源的輸出功率以及電壓變化范圍（占空比變化范圍）綜合考慮。不過我們可以通過對開關電源變壓器伏秒容量的測量，同時檢查變壓器鐵芯氣隙長度留得是否合適。關于變壓器鐵芯氣隙長度的設計，準備留待以后有機會再進行詳細分析。

順便說明，圖4中表示導磁率的m 的曲線也不是一成不變的，它受溫度的影響非常大。由于變壓器磁芯也是一種半導體材料（金屬氧化物），很多半導體器件就是用金屬氧化物來制造的，如熱敏電阻、場效應管等。半導體材料的特性就是受溫度的影響很靈敏，當溫度上升到一定范圍以后，變壓器磁芯的電阻率就會變小，并開始導電。

因此，當溫度升高到一定范圍以后，在變壓器磁芯內部就會產生很大的渦流損耗，并使鐵芯有效導磁率急速下降。這個使變壓器磁芯有效導磁率急速下降的溫度點，我們把它稱為居里溫度點。在實際應用中，我們可以把變壓器磁芯有效導磁率下降到最大值的70%時的

溫度，定義為居里溫度點。

如圖6 所示。圖6 是日本TDK公司高導磁率材料H5C4 系列磁芯初始導磁率i m 隨溫度變化的曲線圖，其居里溫度大約為105℃。

由圖6可以看出，變壓器磁芯的使用環境溫度，對變壓器的性能影響是非常大的。但我們在使用開關電源變壓器的時候，就很少有人去考慮或檢測變壓器磁芯的居里溫度。目前，我們對開關電源變壓器進行設計時工作溫度最好不要超過110℃。

二、對開關變壓器的伏秒容量進行檢測

   變壓器磁芯出現磁通密度飽和的主要原因，就是變壓器的伏秒容量VT取得太小，使流過變壓器初級線圈的勵磁電流過大。下面我們來討論，怎樣對變壓器伏秒容量VT進行測試的問題。我們以前在檢查50 周工頻小變壓器質量好壞的時候，首先都是要檢查遙控變壓器在最高輸入電壓之下，流過變壓器初級線圈的勵磁電流，或漏電流。但目前我們檢查開關變壓器質量好壞的時候，一般都只能檢查開關變壓器的電感量或漏感大小。能不能也象檢查遙控變壓器那樣檢查開關變壓器的勵磁電流呢？——很難。因為開關變壓器一般都是工作于單極性磁化狀態，測試開關變壓器的勵磁電流需要一個大功率直流脈沖輸出電源，這種大功率直流脈沖輸出電源工作很不安全，操作也不方便。

    為此，我們可以采用另一種更簡便的方法，即：電流迭加法，來對開關變壓器進行伏秒容量進行測試。電流迭加法就是在變壓器線圈中迭加一直流電流，讓變壓器鐵芯進行磁化，然后，對開關變壓器的電感量進行測量，從而間接測量開關變壓器線圈的最大伏秒容量和極限伏秒容量。

    圖 7 是采用電流迭加法測試開關變壓器電感量或伏秒容量的工作原理圖。圖7 中，M是電感測試儀，LT是隔離電感，I 是電流源，Lx 為待測開關變壓器的初級電感。LT的電感量必須遠遠大于被測開關變壓器初級線圈的電感量，但如果電流源I 是一個理想的恒流源，那么隔離電感LT可以省去。下面我們來介紹圖7 的工作原理。

    一般進行電感測量的時候，都是讓電感線圈通過一個1KHz 或10KHz 的交流電，然后通過測試流過電感線圈的電流來間接測量電感線圈的阻抗或電感量。由于流過電感線圈的電流很小，并且是一個交流，用這種方法測試到的電感量與電感線圈工作時體現出來的電感量是有區別的，并且區別很大，因為變壓器鐵芯的導磁率不是一個常數。

    如果讓被測試電感流過一個可變電流，就可以改變被測試電感磁化曲線的工作點，由此，就可以測試磁化曲線上任何一點的導磁率或者電感量，并且可以根據電感量的變化，找出磁飽和時的工作點，根據磁飽和工作點就可以進一步測量或計算出開關變壓器的伏秒容量VT或最大伏秒容量VTm及極限伏秒容量VTmax。

   下面我們來分析，怎么樣定義迭加電流的大小和對開關變壓器伏秒容量VT的測試。我們先看圖8。

    圖8 是變壓器鐵芯留有氣隙的電流-電感或電流-磁通密度函數曲線圖，在圖8中，X 軸代表流過變壓器線圈的迭加電流I，Y 軸代表變壓器線圈的電感L或變壓器鐵芯中的磁通密度B；L-I為變壓器線圈電感L對應于迭加電流I 的變化曲線，B-I 為變壓器鐵芯的磁通密度B 對應于迭加電流I的變化曲線（初始磁化曲線）。

    當迭加電流I = 0時，測得變壓器線圈的電感量為L0，由于變壓器鐵芯初始磁化的時候，導磁率比較小，所以變壓器線圈的初始電感量L0也比較小；隨著迭加電流I 的增加，變壓器鐵芯的導磁率也會增加，所以變壓器線圈的電感量也隨著迭加電流I 的增加而增加，當迭加電流I 達到某個值（I = Ib）的時候，變壓器線圈的電感量達到最大值Lmax，隨后，隨著迭加電流I的增加，變壓器線圈的電感量反而減小，并迅速下降，當迭加電流I = Is 時，變壓器鐵芯的磁通密度開始出現飽和（B = Bs），變壓器線圈的電感量將減小到差不多等于0。

實際上，圖8中，改變迭加電流I 的大小，其作用就相當于圖2-b)中的鋸齒電流1 i ，即：變壓器線圈的電感量是受流過變壓器線圈的直流分量調制的。如果我們把流過變壓器線圈的最大電流Im與變壓器鐵芯的最大磁通密度Bm對應，那么，我們可以用圖8來定義流過變壓器線圈的最大電流Im和變壓器鐵芯的最大磁通密度Bm。

由于最大磁通密度Bm概念經常被使用，為了避免混淆，這里我們另外再定義兩個新概念：一個為極限磁通密度Bmax，另一個為極限電流Imax。

 我們定義：當流過變壓器初級線圈的電流I，使變壓器初級線圈的電感L下降到初始電感L0的90%時，此時流變壓器線圈的電流，我們稱之為極限電流Imax，對應變壓器鐵芯中的磁通密度B，我們稱之為極限磁通密度Bmax。

    任何一個帶鐵芯的電感線圈都可以用圖7表示的測量方法，來測量電感線圈的初始電感量 L0和最大電感量Lmax，以及極限電流Imax。通過測量電感量，以及與其對應的極限電流值Imax，就可以計算出開關電源變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax。在開關變壓器的使用過程中，任何時刻，都不能超出開關變壓器的極限伏秒容量VTmax。

    反過來，我們還可以在特定的情況下，比如：在工作電壓最高、負載最重的情況下，先測量開關電源的占空比或輸出電壓的脈沖寬度t ，然后計算出變壓器初級線圈電流的最大值Im，最后給最大值Im 乘以一個安全系數K（K=1.43），其結果就是流過開關變壓器初級線圈電流的極限值Imax，即用于測量開關變壓器初級線圈電感Lx的迭加電流值。

    由此可知，開關電源變壓器（反激式）在任何情況下，其初級線圈的工作電流都不能超過圖8中的Imax，對應的磁通密度也不能超過圖8中的Bmax。

    上面（8）式是用來計算開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的公式，式中m I為流開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的最大值，即：開關接通后，持續時間等于t 時，流過變壓器初級線圈或儲能電感線圈電流的瞬時值；E 為開關電源的工作電壓，V為加于變壓器初級線圈兩端的輸入電壓（直流脈沖電壓），L1為變壓器初級線圈電感量。（9）式是用來計算開關電源變壓器或儲能電感線圈伏秒容量VT的公式。與（8）式和（9）式對應。（10）式是用來計算開關電源變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax的公式。式中：VTmax 變壓器或電感線圈或儲能電感線圈的極限伏秒容量，V 為加于開關電源變壓器初級線圈兩端直流脈沖的幅度（單位：伏），Tmax 為加于開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈兩端直流脈沖的極限時間（寬度，單位：秒）； Imax就是根據圖7對開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈電感Lx進行測試時的極限迭加電流，即：當迭加電流I增加，使開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈的測量電感Lx等于初始電感量0 L 的0.9倍時，流過開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈的迭加電流值。也可以把Imax 看成是流過開關電源變壓器初級線圈或儲能電感線圈的極限電流值，此電流可以采用圖7和圖8定義的方法來測量； 0.9 L 為變壓器初級線圈或儲能電感線圈初始電感0 L 下降到90%時的值。這里順便說明， m I 與Imax，VTm與VTmax在性質上基本相同，只是后者用max來表示它是前者的極限值。

三、開關變壓器伏秒容量的意義

    開關電源變壓器或儲能電感線圈的極限伏秒容量VTmax 參數，其實與晶體管的最大集電極電壓BVceo 參數一樣重要。在晶體管放大電路中，當晶體管集電極與發射極兩端的電壓超過最大集電極電壓BVceo，晶體管就會被擊穿損壞。同樣，在開關電源中，當施加于開關電源變壓器的伏秒容量（電壓幅度與時間長度）超過極限伏秒容量VTmax時，開關電源變壓器也要損壞，并且還會損壞電源開關管，及其它電路。

    開關變壓器伏秒容量的意義相當于圖9 中矩形的面積，面積的兩條邊分別由開關變壓器的工作電壓（直流脈沖幅度）V 和通電持續時間T（脈沖寬度）的乘積組成。其極限伏秒容量相當于黃色區域部分的面積，綠色區域部分相當于開關變壓器正常工作時伏秒容量的面積。

    不過這里還應強調指出，只要伏秒容量的面積沒有超出極限伏秒容量的面積，V 或T任何一條邊分別都可以超出圖9中所示的，V 或T邊上的長度。

    結合圖8 和圖9，我們可以看出，使用開關變壓器時，最好讓流過開關變壓器線圈的最大工作電流約等于圖8 中b I ，或者讓開關脈沖的寬度約等于b t 。

當流過開關變壓器線圈的最大工作電流等于圖8 中b I 時，變壓器線圈的電感量為最大值max L ；在此種情況下，變壓器的工作效率最高，因為，此時變壓器鐵芯損耗與變壓器線圈損耗的乘積最小（磁滯損耗與勵磁電流的大小成正比，渦流損耗與磁通密度增量的平方成正比；銅阻的損耗與導線的長度成正比）；并且，變壓器的伏秒容量VTb 與極限伏秒容量VTmax還有很大的安全距離。

    目前，一般開關電源變壓器還都大量選用鐵氧體磁芯，這種鐵氧體磁芯的磁飽和磁通密度Bs 一般為4500～5000 高斯，因此，由圖8 可以看出，開關電源變壓器鐵芯的最佳磁通密度Bb大約為磁飽和磁通密度Bs的一半左右，即：Bb = 2300～2500高斯。因此，當使用

（4）式對變壓器初級線圈進行計算的時候，公式中最大磁通密度Bm 的取值，最好不要超過2500 高斯。