CN101893691A - 正激式电源变压器铁芯偏磁在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正激式电源变压器铁芯偏磁在线检测方法，该方法在变压器铁芯的主磁路上，附加一个带有气隙的旁通磁路，该气隙中的磁通与铁芯的主磁通，存在明确的、对应的数量关系；置霍尔检测元件于该气隙中，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测；当霍尔传感器施以控制信号时，即给霍尔元件Vcc引脚施加控制信号，该检测装置把检测所得的气隙磁通信号转化为电压信号输出至Out引脚，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。本发明方法最大特点是直接测量磁性材料本身的磁场运行状态，检测点只有一个，与变压器绕组数目无关，加上该方法中间处理环节少，故而该偏磁检测系统具有检测精度高、检测速度快、通用性强、易于使用的优点。

Description

正激式电源变压器铁芯偏磁在线检测方法

技术领域：

本发明涉及开关电源，尤其是变压器的偏磁状态检测技术，特别涉及一种基于旁通磁路式的正激式电源变压器铁芯偏磁的在线检测方法，。

背景技术：

与小功率开关电源相比，大功率开关电源的技术含量高、市场化程度低和节能效果明显，具有更高的市场经济价值。反激式电源主要用于小功率电源的设计，大功率电源的电路拓扑结构主要用正激式电源。广义而论，正激式电源的基本拓扑结构有：单端正激、双端正激、半桥、全桥和推挽，其中全桥电源具有输出功率最大的潜能。高频变压器在正激式电源中担负着能量传递、电气隔离和负载匹配的作用，是电源中的一种极其重要而又比较复杂的磁电耦合非线性器件。与其它种类电源如反激式电源不同的是，正激式电源必须单独设计高频变压器的磁复位系统--及时检测和控制变压器的偏磁状态，以免高频变压器铁芯饱和而损坏电源。

现有技术中，一般用差值法来检测励磁电流的大小，从而判断变压器的偏磁状态。运用的数学模型是工频变压器的经典T型等值电路模型(参见图1所示)，运算公式为：

$I_m=I_1-\frac{I_2}{n}...\left(1\right)$

式中：I_m为励磁电流，I₁为初级回路电流，I₂为次级回路电流，n为初次级绕组匝数比。

该方法包含两个基本环节：其一、用两组电流传感器分别检测变压器的初级与次级回路电流，并且电流传感器的数量随变压器绕组数目的增加而线性增加；其二、用运算电路对所获取两电流进行如(1)式所示运算，得到励磁电流值。

它的缺点主要体现在两个方面：一是对高频变压器来讲，变压器中的各绕组之间的电流关系，不再遵守低频运行模式下的规律(参见图1，图2)。所以用该方法测出的高频变压器的励磁电流中，实际上还包含了流过分布电容的电流(参见图3)。而正激式电源的变压器励磁电流不到总额定电流的5％，因而测量精度易受到流过分布电容的电流影响；二是随着电源的输出路数的增加，其电流检测点也需要线性增长，相应的运算电路需要重新设计，这导致系统的制作成本和系统的分析和实现增加困难。此外，因为电流采样点是分布在变压器各绕组上，对安规的设计和具体信号的综合、处理，增加了新的难度。

发明内容：

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于旁通磁路式，且无须运算电路的变压器铁芯偏磁状态在线检测方法，该方法原理是：利用霍尔元件对旁通磁路气隙中的磁通直接进行检测，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

本发明采用以下技术方案：在变压器铁芯的主磁路上，附加一个带有气隙的旁通磁路，该气隙中的磁通与铁芯的主磁通，存在明确的、对应的数量关系；置霍尔检测元件于该气隙中，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测。当霍尔传感器(参见图4)施以控制信号时，即给霍尔元件Vcc引脚施加控制信号，该检测装置把检测所得的气隙磁通信号转化为电压信号输出至Out引脚，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

与现有的检测方法相比，本方法最大特点是直接测量磁性材料本身的磁场运行状态，检测点只有一个，与变压器绕组数目无关，加上该方法中间处理环节少，故而该偏磁检测系统具有检测精度高、检测速度快、通用性强、易于使用的优点。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为工频变压器的经典T型等值电路模型示意图。

图中，R₁一次绕组内部电阻；X₁。一次绕组漏电抗；R’₂折算至原边二次绕组内部电阻；X’₂。折算至原边二次绕组漏电抗；R_m激磁回路等值电阻；Xm激磁电抗；I₁变压器一次绕组电流；I’₂折算至原边二次绕组电流；I_m激磁电流；U₁一次绕组电压；U’₂折算至原边二次绕组电压。

图2为高频变压器梯形结构网络等值电路模型示意图。

图中，除了与图1相同的元器件外，C₁、C₂、C₁₂为分布电容。

图3为等效集中电容的高频变压器梯形结构等值电路网络模型示意图。

图中，除了与图1相同的元器件外，C_eq为等效集中电容；I_C为等效集中电容电流。

图4为基于旁通磁路的EE型变压器铁芯偏磁状态检测实施原理图。

图中，①绕组线圈；②变压器铁芯；③霍尔检测元件；④虚线框为旁通磁路；⑤检测气隙；

图5为基于旁通磁路的EE型变压器铁芯偏磁状态检测实施结构图。

图中，①虚线框左侧传统EE型变压器铁芯；②虚线框右侧为旁通磁路；③旁通磁路检测气隙；④霍尔检测元件；

图6为基于旁通磁路的UU型变压器铁芯偏磁状态检测实施原理图。

图中，①绕组线圈；②变压器铁芯；③霍尔检测元件；④虚线框为旁通磁路；⑤检测气隙；

图7为基于旁通磁路的UU型变压器铁芯偏磁状态检测实施结构图。

图中，①虚线框左侧传统UU型变压器铁芯；②虚线框右侧为旁通磁路；③旁通磁路检测气隙；④霍尔检测元件；

图8为基于旁通磁路的RM型变压器铁芯偏磁状态检测实施结构图。

图中，①虚线框左侧传统RM型变压器铁芯；②虚线框右侧为旁通磁路；③旁通磁路检测气隙；④霍尔检测元件；

图9为基于旁通磁路的PQ型变压器铁芯偏磁状态检测实施结构图。

图中，①虚线框左侧传统PQ型变压器铁芯；②虚线框右侧为旁通磁路；③旁通磁路检测气隙；④霍尔检测元件；

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明是对正激式电源变压器铁芯偏磁，提出一种基于旁通磁路式的在线检测方法。该发明的具体实施方式：在变压器的主磁路上，附加一个带有气隙的旁通磁路，该气隙中的磁通与铁芯的主磁通，存在明确的、对应的数量关系，置霍尔检测元件于该气隙中，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测。当霍尔传感器(参见图4)施以控制信号时，即给霍尔元件Vcc引脚施加控制信号，该检测装置把检测所得的气隙磁通信号转化为电压信号输出至Out引脚，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

下面结合附图和实施例对本发明实施要领作进一步详细说明。

实施例1：基于旁通磁路的EE型变压器铁芯偏磁状态检测装置，图4、图5为该实施例对应原理图和结构图

一、设计带有气隙的旁通磁路。设计原则(如图4所示)，满足如下等式：

Φm＝Φ1+Φ2…………………………(1)

Φ2＝Φ3+Φ4…………………………(2)

通过有限元数值计算方法，离线计算确定主磁路磁通Φm与旁通磁路气隙磁通Φ4的数量关系。

二、根据计算所得数据，设置变压器铁芯磁复位门限值。

三、电气连接实施中，放置霍尔元件于检测气隙中，Vcc引脚施加控制信号。

四、霍尔传感器输出信号由Out引脚输出至变压器铁芯磁复位的功能实现中。

实施例2：基于旁通磁路的UU型变压器铁芯偏磁状态检测装置，图6、图7为对应该实施例原理图和结构图

一、设计带有气隙的旁通磁路。设计原则(如图6所示)，满足如下等式：

Φm＝Φ1……………………………(3)

Φ1＝Φ2+Φ3………………………(4)

通过有限元数值计算方法，离线计算确定主磁路磁通Φm与旁通磁路气隙磁通Φ3的数量关系。

二、根据计算所得数据，设置变压器铁芯磁复位门限值。

三、电气连接实施中，放置霍尔元件于检测气隙中，Vcc引脚施加控制信号。

四、霍尔传感器输出信号由Out引脚输出至变压器铁芯磁复位的功能实现中。

另外，如图8和图9的RM型和PQ型变压器铁芯偏磁状态检测装置的实施原理和过程与实施例1和2雷同，故在此不赘述。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.正激式电源变压器铁芯偏磁在线检测方法，其特征在于，在变压器铁芯的主磁路上，附加一个带有气隙的旁通磁路，该气隙中的磁通与铁芯的主磁通，存在明确的、对应的数量关系；置霍尔检测元件于该气隙中，利用霍尔元件对该气隙中的磁通进行检测；当霍尔传感器施以控制信号时，即给霍尔元件Vcc引脚施加控制信号，该检测装置把检测所得的气隙磁通信号转化为电压信号输出至Out引脚，检测到信号用于变压器铁芯磁复位的功能实现中。

Images