變壓器產生磁飽和

什麼是磁飽和

磁飽和是一種磁性材料的物理特性，磁飽和產生後，在有些場合是有害的，但有些場合有時有益的。比方磁飽和穩壓器，就是利用鐵心的磁飽和特性達到穩定電壓的目的的。電源變壓器，如果加上的電壓大大超過額定電壓，則電流劇增，變壓器很快就會發熱燒燬。

假定有一個電磁鐵，通上一個單位電流的時候，產生的磁場感應強度是1，電流增加到2的時候，磁感應強度會增加到2.3，電流是5的時候，磁感應強度是7，但是電流到6的時候，磁感應強度還是7，如果進一步增加電流，磁感應強度都是7不再增加了，這時就說，電磁鐵產生了磁飽和。

有磁芯的電感器有磁飽和問題，在電感器中加鐵氧體或其他導磁材料的磁芯，可以利用其高導磁率的特點，增大電感量減少匝數減小體積和提高效率。但是由於導磁材料物理結構的限制，通過的磁通量是不可以無限增大。通過一定體積導磁材料的磁通量大到一定數量將不再增加，不管你再增加電流或匝數，就達到磁飽和了。尤其在有直流電流的迴路中，如果其直流電流已經使磁芯飽和，電流中的交流分量將不能再引起磁通量的變化。電感器就失去了作用。

磁飽和的危害

一旦發生磁飽和，對開關電源的危害性極大，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，以至於一次繞組的直流電阻（銅阻）和內部功率開關管MOSFET的功耗迅速增加，導致一次側電流急劇增大，有可能TOPSwitch的內部的限流電路還來不及保護，MOSFET就已經損壞。發生磁飽和和故障時主要表現在：

1、高頻變壓器很燙，TOPSwitch芯片過熱；

2、當負載加重時輸出電壓迅速跌落，達不到設計輸出功率。

為了防止高頻變壓器磁飽和主要是適當減小一次繞組的匝數。此外，儘量選擇尺寸較大的磁心並且給磁心留出一定的氣隙寬度，也能防止磁心進入磁飽和狀態。

變壓器產生磁飽和原因

通常是因為繞組中流過很大直流分量，特別是脈衝寬度調節不當時，極易引起鐵芯（磁芯）飽和，採取辦法是在鐵芯舌間墊適當厚度非磁絕緣物，往往是紙片，以增加磁迴路磁阻，減緩鐵芯飽和速度，使開關電源變壓器獲得良好線性。磁性元件（變壓器飽和）熱飽和（超居里溫度）、磁通飽和（設計的Bm取值太高）、壓飽和（輸入電壓太高超出規定值）、過載飽和（超負荷）、開關電源變壓器反激式氣隙太小而造成開關電源變壓器飽和如果直流成分過高，造成偏磁，不能夠沿著磁滯回線回到初始狀態，所以累積，飽和，磁通密度急遽下降，變壓器掛掉。磁通密度過低，不能夠承受過高的直流分量，同上，變壓器掛掉。為什麼直流分量過大？在PWM波形中，進行傅立葉分解時，可以發現有很重的直流分量。理論上，這種直流分量越少越好。

如：

變壓器產生磁飽和原因

通常是因為繞組中流過很大直流分量，特別是脈衝寬度調節不當時，極易引起鐵芯（磁芯）飽和，採取辦法是在鐵芯舌間墊適當厚度非磁絕緣物，往往是紙片，以增加磁迴路磁阻，減緩鐵芯飽和速度，使開關電源變壓器獲得良好線性。磁性元件（變壓器飽和）熱飽和（超居里溫度）、磁通飽和（設計的Bm取值太高）、壓飽和（輸入電壓太高超出規定值）、過載飽和（超負荷）、開關電源變壓器反激式氣隙太小而造成開關電源變壓器飽和如果直流成分過高，造成偏磁，不能夠沿著磁滯回線回到初始狀態，所以累積，飽和，磁通密度急遽下降，變壓器掛掉。磁通密度過低，不能夠承受過高的直流分量，同上，變壓器掛掉。為什麼直流分量過大？在PWM波形中，進行傅立葉分解時，可以發現有很重的直流分量。理論上，這種直流分量越少越好。

如：

在鐵磁性材料被磁化的過程中，磁感應強度B首先隨外部磁場強度H的增加而不斷增強，但是當H超過一定數值時，磁感應強度B就趨近於某一個固定值，達到磁飽和狀態。典型的磁化曲線如圖所示，當B≈Bp時就進入臨界飽和區，當B≈Bo時就到達磁飽和區。對開關電源而言，當高頻變壓器內的磁通量（Φ=BS）不隨外界磁場強度的增大而顯著變化時，稱之為磁飽和狀態。因磁場強度H變化時磁感應強度B變化很小，故磁導率顯著降低，磁導率u=△B/△H。此時一次繞組的電感量Lp也明顯降低。由圖可見，磁導率就等於磁化曲線的斜率，但由於磁化曲線是非線性的，因此u並不是一個常數。

變壓器磁飽和會出現哪些後果

在低壓情況下，短時的磁飽和會使元器件過熱，時間長了會導致元器件損壞，但是在高壓情況下，一般會導致炸機。

在磁飽和時，一次繞組的電感量LP會明顯降低，這個時候一次繞組的直流電阻和內部MOSFET管上的功耗迅速增加，導致一次側電流急劇增大。導致MOSFET管損壞。

發生磁飽和故障主要有：

（1）無輸出，或者輸出電流迅速下降

（2）輸入電流很大，且變壓器很燙，能看到有煙冒出等現象