开关电源变压器基础知识

开关电源变压器基础知识

开关电源变压器现代电子设备对电源的工作效率、体积

以及安全要求等技术性能指标越来越高，在开关电源中决定这些技术性能指标的诸多因素中，基本上都与开关变压器的技术指标有关。开关电源变压器是开关电源中的关键器件，因此，在这一节中我们将非常详细地对与开关电源变压器相关的诸多技术参数进行理论分析。在分析开关变压器的工作原理的时候，必然会涉及磁场强度H和磁感应强度B以及磁

通量等概念，为此，这里我们首先简单介绍它们的定义和概念。在自然界中无处不存在电场和磁场，在带电物体的周围必然会存在电场，在电场的作用下，周围的物体都会感应带电；同样在带磁物体的周围必然会存在磁场，在磁场的作用

，周围的物体也都会被感应产生磁通。现代磁学研究表明：

切磁现象都起源于电流。磁性材料或磁感应也不例外，铁磁现象的起源是由于材料内部原子核外电子运动形成的微电流，亦称分子电流，这些微电流的集合效应使得材料对外呈现各种各样的宏观磁特性。因为每一个微电流都产生磁效应，所以把一个单位微电流称为一个磁偶极子。因此，磁场强度的大小与磁偶极子的分布有关。在宏观条件下，磁场强度可以定义为空间某处磁场的大小。我们知道，电场强度的概念是用单位电荷在电场中所产生的作用力来定义的，而在

磁场中就很难找到一个类似于“单位电荷”或“单位磁场”的带磁物质来定义磁场强度，为此，电场强度的定义只好借用流过单位长度导体电流的概念来定义磁场强度，但这个概念本应该是用来定义电磁感应强度的，因为电磁场是可以互相产生感应的。幸好，电磁感应强度不但与流过单位长度导体的电流大小相关，而且还与介质的属性有关。所以，电磁感应强度可以在磁场强度的基础上再乘以一个代表介质属性的系数来表示。这个代表介质属性的系数人们把它称为导磁率。

在电磁场理论中，磁场强度H 的定义为：在真空中垂直于磁场方向的通电直导线，受到的磁场的作用力F 跟电流I 和导线长度的乘积I 的比值，称为通电直导线所在处的磁场强度。或：在真空中垂直于磁场方向的1 米长的导线，通过1

安培的电流，受到磁场的作用力为1 牛顿时，通过导线所在处的磁场强度就是1 奥斯特(Oersted) 。电磁感应强度一般也称为磁感应强度。由于在真空中磁感应强度与磁场强度在数

值上完全相等，因此，磁感应强度在真空中的定义与磁场强介质的属性无关，而磁感应强度B 却与介质的属性有关。但很多书上都用上面定义磁场强度的方法来定义电磁感应强度，这是很不合理的；因为，电磁感应强度与介

质的属性有关，那么，比如在固体介质中，人们就很难用通电直导线的方法来测量通电直导线在磁场中所受的力，既然不能测量，就不应该假设它所受

的力与介质的属性有关。其实介质的导磁率也不是通过作用力来测量的，而

是通过电磁感应的方法来测量的。电磁感应强度一般简称为磁感应强度。磁

场强度

度在真空中的定义是完全相同的。所不同的是磁场强度H 与

H和磁感应强度B由下面公式表示：磁场强度H = F/I*l （2-1 ）磁感应强度B =卩*H （2-2 ）（2-1 ）式中磁场强度H的单位

为奥斯特（Oe），力F的单位为牛顿（N），电流I的单位为

安培（A），导线长度I的单位为米（m）。（2-2）式中，磁感

应强度B 的单位为特斯拉（T），卩为导磁率，单位为亨/米H/m），在真空中的导磁率记为u0 ，u0 = 1 。由于特斯拉

的单位太大，人们经常使用高斯（Gs ）作为磁感应强度B

的单位。1特斯拉等于10000高斯（1T=104Gs ）。由于磁现象可以形象地用磁力线来表示，故磁感应强度B 又可定义为磁力线通量的密度，即：单位面积内的磁力线通量。磁力线通量密度可简称为磁通密度，因此，电磁感应强度又可以表

示为：磁通密度B =①/S （2-3 ）（2-3）式中，磁通密度 B

的单位为特斯拉（T），磁通量①的单位为韦伯（Wb ），面积的单位为平方米（m2 ）。如果磁通密度B用高斯（Gs ）为单位，则磁通量的单位为麦克斯韦（Mx）,面积的单位为平方厘米（cm2 ）。其中，1特斯拉等于10000高斯（1T = 104Gs ）,

1韦伯等于10000麦克斯韦（1Wb = 10的4次方Mx ）。电

磁感应强度除了可以称为磁感应强度、磁通密度外，很多人

还把它称为磁感密度。至此，已经说明，电磁感应强度B、

磁感应强度B、磁通密度B、磁感应密度B等，在概念上是

完全可以通用的。顺便说明，在其它书上有人把磁感应强度

B的定义为：B =卩0 (H+M)，其中H和M分别是磁化强度

和磁场强度，而卩0是真空导磁率。为了简单，在这本书中

我们不准备引入太多的其它概念，如有特别需要，可通过(2-2 )

式的定义来与其它概念进行转换。磁感应强度与磁场强度的

概念一直以来都比较混乱，这是有历史原因的。1900 年，

国际电学家大会赞同美国电气工程师协会(AIEE) 的提案，决定CGSM 制磁场强度的单位名称为高斯，这实际上是一场误会。AIEE 原来的提案是把高斯作为磁通密度B 的单位，由于翻译成法文时误译为磁场强度，造成了混淆。当时的

CGSM制和咼斯单位制中真空磁导率卩0是无量纲的纯数1 , 所以，真空中的B 和H 没有什么区别，致使一度B 和H 都用同一个单位——咼斯。1930 年7月，国际电工委员会才

在广泛讨论的基础上作出决定：真空磁导率卩0有量纲，B 和H 性质不同，B和D对应，H和E对应，在CGSM 单位

制中以高斯作为B 的单位，以奥斯特作为H 的单位。直至础的单位制，即米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉，命

1960 年第届国际计量大会决定：将六个基本单位为基

名为国际单位制，并以SI(法文Le System International

el'Unites 的缩写)表示，磁感应强度与磁场强度的概念才基本

得到统一。