开关电源原理与设计（连载五十一）

2-1-1-2.变压器铁芯的初始磁化曲线

下面我们继续对变压器铁芯的磁化过程进行详细分析。图2-3是多个直流脉冲电压连续加到变压器初级线圈a、b两端时，输入脉冲电压与变压器铁芯中磁通密度B或磁通对应变化的曲线图。图2-3-a)为输入电压各个直流脉冲之间的相位图，图2-3-b)为变压器铁芯中磁通密度B或磁通Φ对应各个输入直流脉冲电压变化的曲线图。图2-3-c)为变压器铁芯中磁场强度H对应磁通密度B或磁通Φ和各个直流脉冲电压之间变化的曲线图。

从图2-3-a)和图2-3-b)可以看出，每输入一个直流脉冲电压，变压器铁芯中的磁通密度B或磁通Φ就要线性增长和下降一次(对于纯电阻负载，磁通密度下降不是线性的)。在开始输入直流脉冲电压的时候，磁通密度B或磁通Φ增长的幅度大于下降的幅度。

图2-3 多个直流脉冲电压连续加到变压器初级线圈a、b两端时，输入脉冲电压与变压器铁芯中磁通密度B或磁通对应变化的曲线图

这是因为，刚开始工作的时候，磁场强度对变压器铁芯进行磁化时还没有使磁通密度或磁矫顽力达到接近饱和的程度;要经过若干个过程以后，磁通密度B或磁通Φ增长的幅度与下降的幅度才会一样大，这说明变压器铁芯中的磁矫顽力已经基本达到饱和。这个过程与储能滤波电容刚开始充电时的过程是很相似的。

从图2-3-c)中还可以看出，在直流脉冲电压刚输入的时候，磁场强度变化的幅度开始是比较小的，随着直流脉冲输入的个数不断增加，其变化的幅度也在不断增加，但磁通密度增量ΔB却基本没有改变;直到磁通密度达到最大值Bm之后，磁场强度变化的幅度才基本趋于稳定;这说明励磁电流的变化幅度开始的时候也是比较小的，随后励磁电流变化的幅度也会随着磁场强度变化的幅度增加而增加。

当变压器铁芯初次被直流脉冲电压产生的磁场磁化的时候，磁场强度和励磁电流的变化幅度都要经过一个过渡过程，然后才基本趋于稳定，并且磁场强度和励磁电流变化的幅度是由小到大;这个原因，主要是因为变压器铁芯开始的时候导磁率比较大，而后，导磁率逐步变小的缘故。图2-4是变压器铁芯导磁率和磁通密度对应磁场强度变化的曲线图。

图2-4 变压器铁芯导磁率和磁通密度对应磁场强度变化的曲线图

在图2-4中，曲线B为磁通密度对应磁场强度变化的关系曲线，曲线μ为导磁率对应磁场强度变化的关系曲线。由于我们这里把磁场强度作为自变量，而磁通密度和铁芯导磁率都作为因变量，因此，我们同样可以把曲线B和曲线μ统称为变压器铁芯的磁化曲线。

由于图2-4所示的磁化曲线，只有在开关变压器铁芯从来没有被任何磁场磁化过，仅当在第一次被磁场极化时才会出现;当开关变压器工作正常之后，这种初始状态就会被破坏和不复存在;因此，我们把图2-4所示的磁化曲线称为初始磁化曲线。虽然我们在实际应用中，很少碰到如图2-4所示的磁通密度对应磁场强度变化的初始磁化曲线，但在实际应用中，人们还是习惯于用它来对变压器铁芯进行磁化过程分析或对变压器的参数进行计算，因此，初始磁化曲线也有人把它称为基本磁化曲线。

从图2-4中可以看出，变压器铁芯导磁率最大的地方，既不是磁化曲线的起始端，也不是磁化曲线的末端，而是在磁化曲线中间偏左的位置。当磁场强度H继续增大时，磁通密度B将会出现饱和;此时，不但磁通密度增量ΔB会下降到0，导磁率μ的值也会下降到接近0。因此，在设计单激式开关变压器的时候，都有意在变压器铁芯中预留出一定的气隙。

由于空气的导磁率与铁芯的导磁率相差成千上万倍，因此，只要在磁回路中留百分之一或几百分之一的气隙长度，其磁阻或者磁动势将会大部分降在气隙上，因此磁心也就很难饱和。例如，当气隙长度达到总磁路长度的百分之一时，变压器铁芯的Br与Bm之比，将小于百分之十;同时变压器铁芯的最大导磁率μm 也会从5000以上下降到只有几十至几百之间。

但变压器铁芯导磁率出现0的情况在一些控制电路中也有特殊应用，例如，磁放大器或磁调制器就是利用导磁材料的导磁率受磁场强度影响的原理来工作的。目前大量使用的50周大功率稳压电源基本上都是使用磁放大器来对输出电压进行稳定控制。