变压器和电感——匝数对饱和的影响

变压器和电感——匝数因素

1、磁场强度H

2、变压器——匝数N对磁密的影响

变压器不能做为储能的作用，它只是做为一个电气隔离和变压的磁性元器件，承担能量的同步传输转移，所以变压器励磁电感不可能工作在连续模式（CCM），即励磁电感不可能存在直流偏置成分，它的工作模式通常是在断续模式（DCM）或者临界连续模式（BCM），这两种模式就保持了变压器励磁电感的伏秒积平衡，使得磁场不会在励磁电感中累积，从而避免了励磁饱和问题。

CCM：电流在每个周期（Ts）结束时，电流不会回到零点，记住是零点，而不是电感电流励磁和去磁的平衡点，即上图中红色箭头所指地方。

BCM：电流在每个周期（Ts）结束时，电流刚好回到零点。

DCM：电流在每个周期（Ts）结束之前，电流已经回到零点。

匝数对变压器励磁电感的饱和影响，首先从法拉第电磁感应定律开始

法拉第电磁感应定律

以方波电压为激励电压

单向磁化的拓扑——单端正激：为了可靠去磁的要求，最大占空比不能超过0.5，所以最大占空比为如下：

单向磁化的磁通密度△B：

从公式得出，当其它量保持不变时，匝数增加，磁通密度是反比例关系，所以变压器匝数增加，磁通密度减小，便有利于饱和余量的增加。

对于双向磁化的拓扑——半桥、全桥、推挽，磁通密度分母系数是”4″，其余相同。

拓扑系数：单端磁化是”2″；双向磁化”4″

3、电感——匝数N对磁密的影响

电感电流直接的关系是负载电流，负载电流不是设计出来的，而是有外部负载决定的，如下Buck电路中L是储能滤波电感。

对于电感，由于电流是由负载决定的，我们能够设计的仅仅是和电感量相关的电流纹波率，所以由如下安培环路定理得知，匝数增加，相同负载电流下，磁场强度会增加，相应的磁密也会增大，从而更加接近饱和磁通密度。

所以电感增加匝数，意味着电感量增加的同时，产生磁场的能力会增强，电感会增加饱和的风险。

所以，我们看变压器，由于它的功能是变压、隔离、同步传输能量，并不存储能量，所以它更像是一个电压型磁性元器件，励磁电感中只是一小部分励磁能量，两端电压越高，磁密会越大，匝数是减小励磁磁密的一个手段。而电感，直接相关的是负载，所以它就更像是一个电流型磁性元器件，电流越大它的磁密会越大，匝数越多，磁密会越大，它扮演的是储能滤波的角色。

我们知道，电感的实质是产生磁场的能力，所以电感量越大，相同条件下磁密就越大，匝数越多电感量就越大，但对变压器来说，由于励磁电流和负载电流无任何关系，恰恰，励磁电感越大会使得励磁电流越小，从而减小了磁密，这就是匝数的增加为什么能够减小磁密的原因了。

电感是负载电流关联器件，匝数增加，磁场会不断增加，从而匝数反而会引起电感的饱和问题。从下图看一个磁环电感安匝数A.T即N.I，随着安匝增加，电感系数不断减小，电感量下降，这个说明了电感磁化不断趋于饱和磁化。