变压器适用于交流电,这里的交流电可以是50Hz的交流电,也可以是几百,甚至几M的交流电。
根据“交变的电场产生交变的磁场,交变的磁场又产生交变的电场“。
变压器的初级线圈将初级的电流变成了变化的磁场,变化的磁场穿过次级的线圈,在次极的线圈感应出电动热。
初级的线圈匝数为N1,流过线圈的电流为i1,磁通量为φ=μ*N1*I1*S。
μ为磁芯的磁导率,S为磁芯的截面积。
根据法拉第电场感应定律,如果次极的线圈匝数为N2,次极的电压为:
u2=dφ/dt*N2=N1*N2*μ*S*dI1/dt。
如果I1的频率为f,I1可以表示为Im*sin(2*π*f*t)。
所以u2=N1*N2*μ*S*Im*2*π*f*cos(2*π*f*t)。
可见,二次电压的最大幅度为N1*N2*μ*S*Im*2*π*f。
比如,我们要在次极获取峰值为8V的交流电压,频率为50Hz时,和频率为50KHz时,N1*N2*μ*S*Im*2*π的数值可以相差1000倍,而这个数值与线圈的匝数、磁芯的截面积有关,也就是与变压器的体积有关。
可见,对于同样的次极输出电压,频率越高,变压器体积越小。
几十K高频变压器的体积一般为工频变压器的体积的几十分之一。
根据这样的知识,对于题主的问题, 我想有几个要点:
1)通过变压器的电压、电流肯定是交流信号,变压器的直流电阻就是导线的电阻,可能就几十、几百毫欧。220V交流整流出来的310V的直流电压直接加到变压器上,直接就把变压器炸飞了。交流信号输入变压器时,除了变压器的导线电阻,还有交流的感抗,频率越高,阻抗越高。
2) 开关电源的初级实际上有一个逆变电路,输入的220v的电压,经过了这样的逆变,220V交流->桥式整流器->310V直流->频率为高频、占空比可调MOSFET控制->高频交流信号->高频变压器->变压器次极,所以经过变压器的电压是经过逆变得到的高频电压,变压器为高频变压器。
3)把工频50Hz的220V交流输入逆变成高频交流电压的最主要目的在于降低变压器的体积,从而降低整个充电器的体积。
高频变压器加上工频到高频逆变电路的体积远远小于工频变压器的体积。4)另外一个好处在于,在310V直流逆变成高频电压的阶段,控制变压器导通的信号是PWM信号,可以根据次极的反馈电压动态调整占空比。从而可以根据次极负载的大小调整市电的输入,避免在次极的电能的浪费,提高的电能使用效率,降低了整个充电器的发热。
如果是工频变压器,由于没有控制电路,市电的输入没有办法根据负载情况动态调整,大量电能被浪费在次级的降压电路中,电能使用效率低,充电器发热也比较厉害。