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艾默生精密空調開關變壓器的消磁電流，主要是流過變壓器次級線圈的電流，流過次級線圈的電流越大，磁回線的面積就越大，即剩磁就越小，變壓器線圈存儲的能量就越多。因此，變壓器鐵芯的剩磁大小不是固定的，它會隨著開關電源輸出電壓的脈沖寬度以及輸出電流不斷地在變化。如圖4。

為此，我們引入變壓器伏秒容量的定義是必要的。

1.3 開關變壓器伏秒容量的定義

根據圖2、圖3、圖4，我們可以列出下面方程式：

………（4）；式中：………（5）

對（5）進行積分：…（6）；得：…（7）

（7）式就是我們用來計算開關變壓器初級線圈匝數的公式。式中：N1為初級線圈的匝數，E為初級線圈兩端的電壓（伏），τ為脈沖寬度（秒），S為變壓器磁芯的面積（厘米平方），Bm為最大磁通密度（高斯），Br為剩余磁通密度（高斯），一般帶氣隙的變壓器磁芯取Br=0.2~0.3Bm，Br取值大小與氣隙長度有關。

在這里，我們把（7）式中的脈沖幅度與脈沖寬度的乘積定義為變壓器的伏秒容量，即：

伏秒容量VT表示：一個開關變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長時間的沖擊。在開關變壓器伏秒容量一定的條件下，輸入電壓越高，開關變壓器能夠承受沖擊的時間就越短，反之，輸入電壓越低，開關變壓器能夠承受沖擊的時間就越長；而在一定的工作電壓及脈沖寬度條件下，開關變壓器的伏秒容量越大，開關變壓器的鐵芯中的磁通密度就越低，開關變壓器鐵芯就不容易飽和。

如果我們把（8）式的分子和分母都乘以一個電流I，就很容易看出：伏秒容量也是一個物理量，它表示單位電流在開關變壓器中存儲的能量，或單位電流在開關變壓器中所做的功。

艾默生精密空調伏秒容量：單位電流所做的功。

由此我們可以看出，用來計算變壓器初級線圈匝數的（7）式，其方法就是通過計算單位電流在帶磁芯的變壓器線圈中存儲的能量多少來確定變壓器線圈的匝數，即，在電流和磁芯材料參數一定的條件下，變壓器線圈的匝數越多，存儲的能量就越多。

這里需要說明的是，圖4中的Bm值與Br值都不是固定的，Bm值的大小取決于勵磁電流的大小（與脈沖寬度和電感量有關，而與負載無關），而Br值的大小則取決于流過變壓器次級線圈N2的電流（瞬時值），流過N2的電流也稱消磁電流，其大小與負載有關。

我們還可以通過磁化曲線圖（圖5）來理解伏秒容量的意義，即，伏秒容量的大小與磁通增量大小有關，還與脈沖寬度有關。

由于變壓器磁芯的剩磁Br值與消磁電流有關，Br值并不是固定的，因此，變壓器的伏秒容量也在不斷地變化的，當我們計算變壓器伏秒容量的時候，一般都是計算變壓器的最大伏秒容量VTm。消磁電流就是流過變壓器次級線圈的電流（瞬時值）。

由圖5可以看出，利用伏秒容量的概念來計算變壓器初級線圈的匝數，要比利用電感量的概念來計算變壓器初級線圈的匝數的方法要合理很多。

當我們運用（7）式計算變壓器初級線圈匝數，或運用（8）式計算伏秒容量的時候，從圖5中大概可以看出，如果變壓器磁芯不留氣隙，選取Bm值最好不要超過Bs值的80%，而Br值最好不要小于Bs值的30%。因此，單激式開關電源變壓器的鐵芯必須要留氣隙。

混合驅動模塊與IGBT過流保護的配合 上述用改變二極管的個數來調整過流保護動作點的方法，雖然簡單實用，但精度不高。這是因為每個二極管的通態壓降為固定值，使得驅動模塊與IGBT集電極c之間的電壓不能連續可調。在實際工作中，改進方法有兩種：

（1）改變二極管的型號與個數相結合。例如，IGBT的通態飽和壓降為2.65V，驅動模塊過流保護臨界動作電壓值為 7.84V時，那么整個二極管上的通態壓降之和應為7.84-2.65=5.19V，此時選用7個硅二極管與1個鍺二極管串聯，其通態壓降之和為 0.7×7+0.3×1=5.20V（硅管視為0.7V，鍺管視為0.3V），則能較好地實現配合（2）二極管與電阻相結合。由于二極管通態壓降的差異性，上述改進方法很難精確設定IGBT過流保護的臨界動作電壓值 如果用電阻取代1～2個二極管，如圖2（b），則可做到精確配合。

另外，由于同一橋臂上的兩個IGBT的控制信號重疊或開關器件本身延時過長等原因，使上下兩個IGBT直通，橋臂短路，此時電流的上升率和浪涌沖擊電流都很大，極易損壞IGBT 為此，還可以設置橋臂互鎖保護，如圖3所示。圖中用兩個與門對同一橋臂上的兩個IGBT的驅動信號進行互鎖，使每個IGBT的工作狀態都互為另一個 IGBT驅動信號可否通過的制約條件，只有在一個IGBT被確認關斷后，另一個IGBT才能導通，這樣嚴格防止了臂橋短路引起過流情況的出現。

圖3 IGBT橋臂直通短路保護

過壓保護

IGBT在由導通狀態關斷時，電流Ic突然變小，由于電路中的雜散電感與負載電感的作用，將在IGBT的c、e兩端產生很高的浪涌尖峰電壓uce=L dic/dt，加之IGBT的耐過壓能力較差，這樣就會使IGBT擊穿，因此，其過壓保護也是十分重要的。過壓保護可以從以下幾個方面進行：

（1）盡可能減少電路中的雜散電感。作為模塊設計制造者來說，要優化模塊內部結構（如采用分層電路、縮小有效回路面積等），減少寄生電感；作為使用者來說，要優化主電路結構（采用分層布線、盡量縮短聯接線等），減少雜散電感。另外，在整個線路上多加一些低阻低感的退耦電容，進一步減少線路電感。所有這些，對于直接減少IGBT的關斷過電壓均有較好的效果。

（2）采用吸收回路。吸收回路的作用是；當IGBT關斷時，吸收電感中釋放的能量，以降低關斷過電壓。常用的吸收回路有兩種，如圖4所示。其中（a）圖為充放電吸收回路，（b）圖為鉗位式吸收回路。對于電路中元件的選用，在實際工作中，電容c選用高頻低感圈繞聚乙烯或聚丙烯電容，也可選用陶瓷電容，容量為2 F左右。電容量選得大一些，對浪涌尖峰電壓的抑制好一些，但過大會受到放電時間的限制。電阻R選用氧化膜無感電阻，其阻值的確定要滿足放電時間明顯小于主電路開關周期的要求，可按R≤T/6C計算，T為主電路的開關周期。二極管V應選用正向過渡電壓低、逆向恢復時間短的軟特性緩沖二極管。

（3）適當增大柵極電阻Rg。實踐證明，Rg增大，使IGBT的開關速度減慢，能明顯減少開關過電壓尖峰，但相應的增加了開關損耗，使IGBT發熱增多，要配合進行過熱保護。Rg阻值的選擇原則是：在開關損耗不太大的情況下，盡可能選用較大的電阻，實際工作中按Rg=3000/Ic 選取。

圖4 吸收回路 除了上述減少c、e之間的過電壓之外，為防止柵極電荷積累、柵源電壓出現尖峰損壞 IGBT，可在g、e之間設置一些保護元件，電路如圖5所示。電阻R的作用是使柵極積累電荷泄放，其阻值可取4.7kΩ；兩個反向串聯的穩壓二極管V1、 V2。是為了防止柵源電壓尖峰損壞IGBT。

圖5 防柵極電荷積累與柵源電壓尖峰的保護

過熱保護

IGBT 的損耗功率主要包括開關損耗和導通損耗，前者隨開關頻率的增高而增大，占整個損耗的主要部分；后者是IGBT控制的平均電流與電源電壓的乘積。由于IGBT是大功率半導體器件，損耗功率使其發熱較多（尤其是Rg選擇偏大時），加之IGBT的結溫不能超過125℃，不宜長期工作在較高溫度下，因此要采取恰當的散熱措施進行過熱保護。

散熱一般是采用散熱器（包括普通散熱器與熱管散熱器），并可進行強迫風冷。散熱器的結構設計應滿足：Tj=P△（Rjc+Rcs+Rsa）《Tjm　　式中Tj－IGBT的工作結溫

P△－損耗功率

Rjc－結－殼熱阻vkZ電子資料網

Rcs－殼－散熱器熱阻

Rsa－散熱器－環境熱阻

Tjm－IGBT的最高結溫

在實際工作中，我們采用普通散熱器與強迫風冷相結合的措施，并在散熱器上安裝溫度開關。當溫度達到75℃～80℃時，通過 SG3525的關閉信號停止PMW 發送控制信號，從而使驅動器封鎖IGBT的開關輸出，并予以關斷保護。

Liebert.PEX 系列數據下送風風冷機組技術參數類型機型 P1020F APMS1R P1025F APMS1R P1030F

APMS1R P1035F APMS1R P2040F ARMS1R P2045F APMS1R P2050F ARMS1R P2055F APMS1R P2060F

ARMS1R P2070F ARMS1R P3080F ARMS1R P3090F ARMS1R P3100F ARMS1R
Liebert.PEX 系列數據上送風風冷機組技術參數類型機型 P1020U APMS1R P1025U APMS1R P1030U

APMS1R P1035U APMS1R P2040U ARMS1R P2045U APMS1R P2050U ARMS1R P2055U APMS1R P2060U

ARMS1R P2070U ARMS1R P3080U ARMS1R P3090U ARMS1R P3100U ARMS1R