開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(1)

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1、開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載47）開關(guān)電源主要器件之開關(guān)電源變壓器http://www.eetrend.com/blog/100021367星期六,08/01/2009-21:51—陶顯芳開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)第二章開關(guān)電源主要器件2-1．開關(guān)電源變壓器現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)電源的工作效率、體積以及安全要求等技術(shù)性能指標(biāo)越來越高，在開關(guān)電源中決定這些技術(shù)性能指標(biāo)的諸多因素中，基本上都與開關(guān)變壓器的技術(shù)指標(biāo)有關(guān)。開關(guān)電源變壓器是開關(guān)電源中的關(guān)鍵器件，因此，在這一節(jié)中我們將非常詳細(xì)地對(duì)與開關(guān)電源變壓器相關(guān)的諸多技術(shù)參數(shù)進(jìn)行理論分析。在分析開關(guān)變壓器的工作原理的時(shí)候，必然會(huì)涉及磁場(chǎng)強(qiáng)

2、度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B以及磁通量等概念，為此，這里我們首先簡(jiǎn)單介紹它們的定義和概念。在自然界中無處不存在電場(chǎng)和磁場(chǎng)，在帶電物體的周圍必然會(huì)存在電場(chǎng)，在電場(chǎng)的作用下，周圍的物體都會(huì)感應(yīng)帶電；同樣在帶磁物體的周圍必然會(huì)存在磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)的作用下，周圍的物體也都會(huì)被感應(yīng)產(chǎn)生磁通。現(xiàn)代磁學(xué)研究表明：一切磁現(xiàn)象都起源于電流。磁性材料或磁感應(yīng)也不例外，鐵磁現(xiàn)象的起源是由于材料內(nèi)部原子核外電子運(yùn)動(dòng)形成的微電流，亦稱分子電流，這些微電流的集合效應(yīng)使得材料對(duì)外呈現(xiàn)各種各樣的宏觀磁特性。因?yàn)槊恳粋€(gè)微電流都產(chǎn)生磁效應(yīng)，所以把一個(gè)單位微電流稱為一個(gè)磁偶極子。因此，磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小與磁偶極子的分

3、布有關(guān)。在宏觀條件下，磁場(chǎng)強(qiáng)度可以定義為空間某處磁場(chǎng)的大小。我們知道，電場(chǎng)強(qiáng)度的概念是用單位電荷在電場(chǎng)中所產(chǎn)生的作用力來定義的，而在磁場(chǎng)中就很難找到一個(gè)類似于“單位電荷”或“單位磁場(chǎng)”的帶磁物質(zhì)來定義磁場(chǎng)強(qiáng)度，為此，電場(chǎng)強(qiáng)度的定義只好借用流過單位長(zhǎng)度導(dǎo)體電流的概念來定義磁場(chǎng)強(qiáng)度，但這個(gè)概念本應(yīng)該是用來定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度的，因?yàn)殡姶艌?chǎng)是可以互相產(chǎn)生感應(yīng)的。幸好，電磁感應(yīng)強(qiáng)度不但與流過單位長(zhǎng)度導(dǎo)體的電流大小相關(guān)，而且還與介質(zhì)的屬性有關(guān)。所以，電磁感應(yīng)強(qiáng)度可以在磁場(chǎng)強(qiáng)度的基礎(chǔ)上再乘以一個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數(shù)來表示。這個(gè)代表介質(zhì)屬性的系數(shù)人們把它稱為導(dǎo)磁率。在電磁場(chǎng)理論中，

4、磁場(chǎng)強(qiáng)度H的定義為：在真空中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線，受到的磁場(chǎng)的作用力F跟電流I和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積I的比值，稱為通電直導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)度?；颍涸谡婵罩写怪庇诖艌?chǎng)方向的1米長(zhǎng)的導(dǎo)線，通過1安培的電流，受到磁場(chǎng)的作用力為1牛頓時(shí)，通過導(dǎo)線所在處的磁場(chǎng)強(qiáng)度就是1奧斯特(Oersted)。電磁感應(yīng)強(qiáng)度一般也稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。由于在真空中磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上完全相等，因此，磁感應(yīng)強(qiáng)度在真空中的定義與磁場(chǎng)強(qiáng)度在真空中的定義是完全相同的。所不同的是磁場(chǎng)強(qiáng)度H與介質(zhì)的屬性無關(guān)，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B卻與介質(zhì)的屬性有關(guān)。但很多書上都用上面定義磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法來定義電磁感應(yīng)強(qiáng)度，這

5、是很不合理的；因?yàn)?，電磁感?yīng)強(qiáng)度與介質(zhì)的屬性有關(guān)，那么，比如在固體介質(zhì)中，人們就很難用通電直導(dǎo)線的方法來測(cè)量通電直導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力，既然不能測(cè)量，就不應(yīng)該假設(shè)它所受的力與介質(zhì)的屬性有關(guān)。其實(shí)介質(zhì)的導(dǎo)磁率也不是通過作用力來測(cè)量的，而是通過電磁感應(yīng)的方法來測(cè)量的。電磁感應(yīng)強(qiáng)度一般簡(jiǎn)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B由下面公式表示：磁場(chǎng)強(qiáng)度H=F/I*l（2-1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B=μ*H（2-2）（2-1）式中磁場(chǎng)強(qiáng)度H的單位為奧斯特（Oe），力F的單位為牛頓（N），電流I的單位為安培（A），導(dǎo)線長(zhǎng)度l的單位為米（m）。（2-2）式中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位為特斯拉

6、（T），μ為導(dǎo)磁率，單位為亨/米（H/m），在真空中的導(dǎo)磁率記為u0，u0=1。由于特斯拉的單位太大，人們經(jīng)常使用高斯（Gs）作為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位。1特斯拉等于10000高斯（1T=104Gs）。由于磁現(xiàn)象可以形象地用磁力線來表示，故磁感應(yīng)強(qiáng)度B又可定義為磁力線通量的密度，即：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)的磁力線通量。磁力線通量密度可簡(jiǎn)稱為磁通密度，因此，電磁感應(yīng)強(qiáng)度又可以表示為：磁通密度B=Φ/S（2-3）（2-3）式中，磁通密度B的單位為特斯拉（T），磁通量Φ的單位為韋伯（Wb），面積的單位為平方米（m2）。如果磁通密度B用高斯（Gs）為單位，則磁通量的單位為麥克斯韋（Mx

7、），面積的單位為平方厘米（cm2）。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T=104Gs），1韋伯等于10000麥克斯韋（1Wb=10的4次方Mx）。電磁感應(yīng)強(qiáng)度除了可以稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通密度外，很多人還把它稱為磁感密度。至此，已經(jīng)說明，電磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通密度B、磁感應(yīng)密度B等，在概念上是完全可以通用的。順便說明，在其它書上有人把磁感應(yīng)強(qiáng)度B的定義為：B=μ0(H+M)，其中H和M分別是磁化強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，而μ0是真空導(dǎo)磁率。為了簡(jiǎn)單，在這本書中我們不準(zhǔn)備引入太多的其它概念，如有特別需要，可通過（2-2）式的定義來與其它概念進(jìn)行轉(zhuǎn)換。磁感應(yīng)強(qiáng)度與

8、磁場(chǎng)強(qiáng)度的概念一直以來都