变压器产生磁饱和原因及后果分析

　　什么是磁饱和

　　磁饱和是一种磁性材料的物理特性，磁饱和产生后，在有些场合是有害的，但有些场合有时有益的。比方磁饱和稳压器，就是利用铁心的磁饱和特性达到稳定电压的目的的。电源变压器，如果加上的电压大大超过额定电压，则电流剧增，变压器很快就会发热烧毁。

　　假定有一个电磁铁，通上一个单位电流的时候，产生的磁场感应强度是1，电流增加到2的时候，磁感应强度会增加到2.3，电流是5的时候，磁感应强度是7，但是电流到6的时候，磁感应强度还是7，如果进一步增加电流，磁感应强度都是7不再增加了，这时就说，电磁铁产生了磁饱和。

　　有磁芯的电感器有磁饱和问题，在电感器中加铁氧体或其他导磁材料的磁芯，可以利用其高导磁率的特点，增大电感量减少匝数减小体积和提高效率。但是由于导磁材料物理结构的限制，通过的磁通量是不可以无限增大。通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加，不管你再增加电流或匝数，就达到磁饱和了。尤其在有直流电流的回路中，如果其直流电流已经使磁芯饱和，电流中的交流分量将不能再引起磁通量的变化。电感器就失去了作用。

　　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）和内部功率开关管MOSFET的功耗迅速增加，导致一次侧电流急剧增大，有可能TOPSwitch的内部的限流电路还来不及保护，MOSFET就已经损坏。发生磁饱和和故障时主要表现在：

　　1、高频变压器很烫，TOPSwitch芯片过热；

　　2、当负载加重时输出电压迅速跌落，达不到设计输出功率。

　　为了防止高频变压器磁饱和主要是适当减小一次绕组的匝数。此外，尽量选择尺寸较大的磁心并且给磁心留出一定的气隙宽度，也能防止磁心进入磁饱和状态。

　　变压器产生磁饱和原因

　　通常是因为绕组中流过很大直流分量，特别是脉冲宽度调节不当时，极易引起铁芯（磁芯）饱和，采取办法是在铁芯舌间垫适当厚度非磁绝缘物，往往是纸片，以增加磁回路磁阻，减缓铁芯饱和速度，使开关电源变压器获得良好线性。磁性元件（变压器饱和）热饱和（超居里温度）、磁通饱和（设计的Bm取值太高）、压饱和（输入电压太高超出规定值）、过载饱和（超负荷）、开关电源变压器反激式气隙太小而造成开关电源变压器饱和如果直流成分过高，造成偏磁，不能够沿着磁滞回线回到初始状态，所以累积，饱和，磁通密度急遽下降，变压器挂掉。磁通密度过低，不能够承受过高的直流分量，同上，变压器挂掉。为什么直流分量过大？在PWM波形中，进行傅立叶分解时，可以发现有很重的直流分量。理论上，这种直流分量越少越好。

　　如：

　　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。典型的磁化曲线如图所示，当B≈Bp时就进入临界饱和区，当B≈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u=△B/△H。此时一次绕组的电感量Lp也明显降低。由图可见，磁导率就等于磁化曲线的斜率，但由于磁化曲线是非线性的，因此u并不是一个常数。

　　变压器磁饱和会出现哪些后果

　　在低压情况下，短时的磁饱和会使元器件过热，时间长了会导致元器件损坏，但是在高压情况下，一般会导致炸机。

　　在磁饱和时，一次绕组的电感量LP会明显降低，这个时候一次绕组的直流电阻和内部MOSFET管上的功耗迅速增加，导致一次侧电流急剧增大。导致MOSFET管损坏。

　　发生磁饱和故障主要有：

　　（1）无输出，或者输出电流迅速下降

　　（2）输入电流很大，且变压器很烫，能看到有烟冒出等现象