電源適配器中的變壓器的階梯式趨于飽和效應

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電源適配器中的變壓器的階梯式趨于飽和效應

階梯式趨于飽和效應是變壓器的一種動態飽和效應，尤其在推挽式變換器中經常出在此類變換器中，變壓器的原邊繞組可以從兩個方向激勵，且B／H特性曲線的兩個象限均被利用到。
為使電源適配器工作效率達到最高，變壓器的磁心必須被完全利用，而且在低頻條件下通常要求通偏移對稱。
由于飽和電壓、開關時間、整流器電壓降和變壓器繞組電阻值都是變化著的，使得變壓器在一個方向上的磁通偏移與反方向上的磁通偏移并非總是對稱的，因此在每個周期的結尾，磁心的平均工作點可能會稍稍偏離中心點（零磁通處），在推挽正激變換器中，由于輸出二極管的續流作用，繞組電壓在關斷周期內被鉗制在零點。因此在每個周期之間，磁心沒有直流復位，結果使得任何磁通密度偏移隨著周期不斷增加，而平均磁通密度將會呈“階梯式”趨向飽和。
實際上，變壓器不平衡導致的極化作用會在變壓器繞組中產生一個純直流電流，而且即使是非常小的不平衡也能使一個高導磁率的磁心迅速地飽和。
值得慶幸的是，這種效應趨于自我限制。因為在飽和的那個半周期中，不斷增大的磁化電流將會減小該半周期期間的功率脈沖寬度（即品體管儲能的時間被縮短），但是磁心的平均工作點將會從零開始偏移，如果沒有采用任何校正措施，則在這個方向上的磁偏移將會減小，這就降低了1A電源適配器對瞬態變化的反應能力，大大減小了磁心的利用率。
在占空比控制的推挽式應用中，由于交替半周期中的不平衡所造成的磁通偏移是無法免的。而在實際中，總會有一些很小的激勵或者是輸出二極管的不對稱特性。因而，如果不采取措施確保磁通的平衡性，則不可避免地會出現磁心在一個方向或其反方向上的偏向飽和。

掃描儀電源適配器減小階梯式趨于飽和效應的方法
元件的選擇對非對稱脈沖引發的飽和效應具有一定的作用，慎重選擇元件能夠將此飽和效應減小到允許的范圍內。使二極管和三極管配對，對解決這一問題將會起到一定的作用。同樣，也可以在不同激勵條件下作出相應的調整和在磁心中引人氣隙（引人氣隙后，些較小的直流電流并不會引起嚴重的飽和）。雖然如此，這些方法措施的作用是有限的。
可以在原邊電路中串聯一個小電容，阻斷其中的直流電流，使飽和效應得到一些改圖，但這種非對稱問題同樣出現在半橋電路中。我們也經常可以在半橋式變換器中看到類似的這種電容。
遺憾的是，這種原邊“阻斷”電容并不能完全消除階梯式趨向飽和效應。在副邊繞組和出電路中也存在一個副邊直流通路，且這個通路很難被阻斷。例如，在降壓派生型推挽輸1中，輸出扼流圈追使副邊電流導通，甚至在原邊功率開關的關斷周期里也導通。在這段里，電流在輸出整流二極管和副邊繞組中繼續流通，因為兩個二極管都處于導通狀態如果兩個二極管的正向導通電壓不相同，那么在關斷周期內將會有一定的凈直流電壓加在副同樣，在副邊繞組中會出現極化電流，此電流同樣能造成磁心飽和。

在副邊不平衡時，原邊阻斷電容將會引入另一個不良效應。它吸收一定的純直流電流，這樣會導致交替的半周期內的電壓幅度都有差異。這將會把二級諧波紋波電流引入到輸出濾波器中，增大了輸出紋波。
雖然這些通常所采用的方法和措施能將階梯式趨向飽和效應減小到允許的范圍內，但這對磁通密度在某一方向上的擺幅所引起的暫態性能施加了很嚴格的限制。如果導通周期，或者是外加電壓在臨界飽和的半周期內突然上升，磁心可能會迅速達到飽和。
為克服這些問題，電源適配器廠家應該采用電流型控制或者其他有效的磁通平衡措施，尤其是在高功率推挽式變換器中，必須采用這類措施。在占空比控制系統中，可采用下面將要介紹到的強制磁通平衡的措施。

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