偏磁的起因和消除方法.doc

偏磁的起因和消除方法罗建武罗文杰摘要论述了变换器主变压器产生偏磁的原因和偏磁电流建立的过程,指出了消除偏磁的方法。传统的方法是串入耦合电容,本文指出了这种方法的局限性,提出了新的校正方法。在一种采用铁基微晶材料作主变压器,功率高达30kW的变换器中,用文中所提出的方法进行校正,取得良好的效果。关键词:ic-ShiftLuoJianwu(Dongfeng-)LuoWenjie(Air-ForceRadarAcademy430010China)ic-ic?-??-?,-shift,:ic-orrection1引言变换器主变偏磁是一个令人十分头痛的问题。偏磁会使主变和开关管的功耗增大,主变的机械噪声加剧(当开关频率或调制频率在听觉范围时),严重时还会损坏开关管。本文首先简述产生偏磁的原因,接着指出传统的消除偏磁方法的局限性,最后提出一种新的方法,并给出实验结果。2偏磁的起因概括地说,变压器的铁心偏磁是由于正、反两个方向的V-s面积不等所造成的。当变压器一次侧受到交变电压激励时,铁心内磁链满足的方程为(1)如图1所示,如果u是对称方波,当达到稳定状态时,磁链和磁化电流都近似是对称锯齿波。正、负半周磁链的变化量分别为(2)且有Δψ=Δψ。在磁化曲线上,磁密的摆动范围关于原点对称。这是我们所+-期望的理想工作状态。如果激励的幅度或宽度受到扰动,造成正、反两方向V-s,磁密的摆动范围就会产生漂移。其过程可用图1说面积不等,即Δψ?Δψ+-明。在图1中,原已达到理想工作状态,从第3个周期开始,正向激励加宽,负向激励减窄,造成Δψ,Δψ,磁链的摆动范围沿着上值方向爬升。如果+-不考虑电阻影响,则Δψ=E(d+)T,Δψ=E(d-)T+s-s经过一个开关周期,磁链的爬升量为Δψ-Δψ=2ET+-。事实上,因为偏磁,绕组内建立起直流磁化电流I,当达到Ir=2E时,就达到新的平衡状态,oo但这时磁密的摆动范围已不再关于原点对称。由于磁化曲线是非线性的,当偏磁严重时,铁心必将进入单方向深度饱和,造成单向磁化电流剧增,通常在达到新的平衡状态之前,功率管可能已经损坏。至于引起正、反两方向V-s面积不等的具体原因有:?功率管开关速度的差异;?功率管通态压降不同;?各路信号传输延迟不同。除此之外,如果电路设计不当或者安装工艺欠妥,PWM调制器的反馈信号上可能会叠加有开关频率的纹波,使调制器的输出信号受到宽窄相间的附加调制,从而导致偏磁。电路的设计者要尽可能把调制信号搞得“干净”些,以消除这种附加调制引起的偏磁。3抑制偏磁的方法及分析综上所述,由于器件特性的差异,在双极性变换器(如推挽、全桥、半桥)中,偏磁或多或少总是存在的,并且随着负载的变化以及温升等外部因素的改变,磁链的摆动范围还会有缓慢的漂移。对于频率较低,功率较小的变换器,由于变压器绕组的阻值较高,自平衡能力较强,可以采用增加铁心截面,或使铁心保留一定气隙,并适当加大功率器件的容量,使偏磁的危害得到抑制或缓解。然而对于大功率高频变换器,以上一些措施不但经济上不合算,而且很难奏效。大功率变换器多采用全桥电路。全桥电路抑制偏磁的传统方法是在主变压器一次回路中串入电容器,如图2所示。电容能自动消除正、反两个方向V-s面积的差异。举例说,若VT、VT的通态压降比VT、VT的通态压降小,造成VT、14231VT开通时V-s面积比VT、VT开通时V-s面积要大,则在电容两端建立起左“+”423右“-”的电压V,使得VT、VT开通时加在变压器一次侧的电压为(E-V-V),C14C1、4而VT、VT开通时加在变压器一次侧的电压为(E+V-V)(其中V、V为VT、23C2、31、42、31VT和VT、VT的通态压降),直到两个方向的V-s面积相等,V便稳定下来。,在图2所示全桥电路中,由于正、反两个方向电压幅度不等而引起的偏磁,串入电容能完全消除,但正、反两方向脉冲宽度不同而引起的偏磁,串入电容后,虽受到很大抑制,但并不能完全消除。这是因为主变压器的工作状况还要受到二次侧输出电流的影响。当滤波电感L充分大时,可将输o出电流视为平稳直流(大多数无滤波电容