高频变压器的磁饱和及变压器最大电流测量

内容摘自《开关电源优化设计》

一、高频变压器磁饱和特性

        在铁磁性材料被磁化的过程中，磁感应强度B首先随外部磁场强度H的增加而不断增强，但是当H超过一定数值时，磁感应强度B就趋近于某一个固定值，达到磁饱和状态。典型磁化曲线如下：

        当B约等于Bp时就进入临界饱和区，当B约等于Bo时就到达磁饱和区。对开关电源而言，当高频变压器内的磁通量（Φ=BS）不随外界磁场强度的增大而显著变化时，称之为磁饱和状态。因磁场强度H变化时磁感应强度B变化很小，故磁导率显著降低，磁导率μ=ΔB/ΔH，即上图中曲线的斜率。此时一次绕组的电感量Lp也明显降低。

二、磁饱和的危害

        一旦发生磁饱和，对开关电源的危害性极大，轻则使元器件过热，重则会损坏元器件。在磁饱和时，一次绕组的电感量Lp明显降低，以至于一次绕组的直流电阻（铜阻）和功率开关管的功耗迅速增加，导致一次侧电流急剧增大，有可能控制芯片的限流电路还来不及保护，开关管就已经损坏。发送磁饱和故障时主要表现在：1、高频变压器很烫；2、开关管过热；3、当负载加大时，输出电压迅速跌落，达不到设计输出功率。

三、应对方法

1、适当减小一次绕组的匝数。一次绕组的匝数越少，其电感量越小，临界磁饱和电流越大。这是因为磁场强度（H）与一次绕组的匝数和一次侧峰值电流的乘积（Np*Ip）成正比，所以当Ip不变时，Np减少则H减少，H减少了就不容易引起磁芯饱和。

2、选择尺寸更大的磁芯，增大气隙宽度。

四、测量

主要看一次侧绕组的电流波形，如果是正常情况下，一次侧绕组可看成一个电感，其电流随着时间呈三角波上升和下降。当开始饱和时，电流的上升速度突然加快，呈现尖峰状。