1 引言
高压大功率脉冲变压器广泛应用于雷达、高能物理、加速器、医疗X光机、激光技术等领域中。
在电子设备中，脉冲变压器的作用是：升高或降低脉冲电压、改变极性、阻抗匹配、初次级隔离、功率合成等。
高压大功率脉冲变压器有三大基本特性：1、铁心的磁化特性；2、脉冲变压器的输出特性；3、脉冲变压器高压绝缘特性。
在不同的使用条件下，脉冲变压器关注的关键技术指标是不一样的。例如，对于窄脉冲（ns级）脉冲变压器，输出特性成为技术关键；对于200kV~500kV甚至更高电压的脉冲变压器而言，高压绝缘将成为设计脉冲变压器时需特别加以考虑的问题。
高压大功率脉冲变压器的上述三大特性互为关联，有时还相互矛盾。如设计脉冲变压器时通过分析铁心的工作状态及磁化特性，正确选择铁心的材料，结构形式，退火工艺等，充分利用材料的磁性能，尽可能缩减脉冲变压器的体积和重量，可以一定程度上确保脉冲变压器的输出特性最佳；在超高压脉冲变压器中，为确保高压绝缘特性，增加绝缘距离是最有效方法，但绝缘距离的增加将导致漏感等分布参数的变化，从而影响了脉冲变压器的输出特性。解决问题的办法是利用新的绝缘材料或优化工艺设计或选用饼式绕组、锥型绕组、漏斗式绕组等新结构。
因此在设计脉冲变压器时，应对脉冲变压器的三个特性进行认真分析、统筹兼顾，确保在特定的脉冲功率设备中脉冲变压器的综合性能最佳且与系统相适配。本文主要针对铁心的磁化特性进行分析和讨论。
2铁心的磁化特性
当脉冲变压器传输的是脉冲信号时，为便于讨论问题，将脉冲变压器放在典型的线型调制器电路中，如图(1)所示。
图(1)中，Eo为直流高压电源，Lc为充电电感，D为充电硅堆，K为开关，PFN为脉冲形成网络，PT为脉冲变压器，R为负载。
该电路在雷达发射机、高能物理、加速器等领域中经常被用到。
有时，因系统综合指标的考虑或经验因素，电路的具体形式有所不同，如：为提高脉冲幅度稳定度或为提高工作比，采用等T充电；回扫充电或将充电电感Lc变换成充电变压器的de-Q电路等；放电开关K可以是撬棒、氢闸流管、可控硅（SCR）或晶闸管（IGBT）等；充电储能元件可以是电容或集中元件电感和电容构成的脉冲形成网络（PFN）；负载R可以是纯电阻或冲击磁铁（等效电感L）或是真空微波管（如磁控管、调速管等）。
上述电路工作于充电-放电循环反复的重复频率脉冲状态中，简述如下：
当K闭合时，Eo-Lc-D-PFN-PT构成充电回路，将PFN充电至2Eo。
当K被触发导通后，PFN-K-PT-R构成放电回路，在负载R得到一个脉冲波形。
单极性脉冲作用下，铁心的磁化过程以局部磁滞回线进行。
若将一系列宽度为τ，幅度为E的单极性脉冲电压加到铁心净截面积为S，匝数为N的脉冲变压器铁心绕组后，根据电磁感应定律，可计算铁心中磁感应强度增量ΔB=E×τ/N×S
对于单极性而言，极限磁感应强度增量ΔB=Bm-Br。
假如ΔB的取值超过铁心磁化特性所能承受的极限值，铁心将产生饱和现象，从而使变压器输出脉冲电压幅值降低，或输出脉冲宽度变窄，或线型调制器工作时反峰电流增大，或工作时温升偏高，或噪声变大。上述现象可单独出现，但大多数情况下是同时出现。
变压器工作时产生饱和现象是设计人员所不愿面临的，为避免饱和现象，必须设法对铁心去磁，改善变压器铁心的磁化特性，尽可能提高铁心的最大可利用磁感应增量值ΔB，常用的办法有：1、采用专用去磁电路去磁，通常有直流去磁和自偏量复位电路；2、将铁心切开，留气隙；3、利用线型调制器中的充电电流进行去磁。
在工程实践中，常使用上述第3种方法进行去磁，此方法不需要添加任何辅助电路，简单易行。
充电电流为半波正电流，峰值电流为I充=Eo/(Lc/ΣCPFN)1/2
对铁心的去磁场强度为：H去磁=N×Eo/(Lc/ΣCPFN)1/2
一般说来，充电电流提供的去磁场强度为铁心矫顽力Hc的1.5~3倍即可，这时ΔB=BS+Br，可以最大限度利用铁心磁性能，克服铁心饱和现象。
3磁心磁化特性动态测试简易方法
针对样环，采用冲击法或在较低频率下（如50Hz）对铁心进行测试以获取其磁性能的相关参数，我们称之为静态测试法。而对实际大小的铁心施加与其最终在电子设备中工作时一样的电压、电流、频率或脉宽进行测试的方法，称之为动态测试法。
动态测试法获得数据是准确的。但是完全等效于脉冲变压器的工作状态进行动态测试是困难的，直接在成套系统上进行实验是理想的方法，但不现实，因为不仅产生浪费，而且有时在时间进度上不允许。
为确保高压大功率脉冲变压器的设计质量，丰富的经验积累是重要的。静态测试法得到的有关参数（如BS、Br、Hc、μ、损耗等）可作为对铁心检测和变压器设计的依据，具有指导作用。但是由于铁心的磁性能与其工作状态密切相关，静态测试法与动态测试法存在差异，有时甚至产生较大的差异。如铁心在交流状态下工作时，在低频下较为窄瘦的磁滞回线，随着频率的升高，磁滞回线会越来越胖。
在我们的工作中，有时静态法判断合格的铁心在实际使用时出现饱和、发热异常等现象。
一个较为典型的脉冲变压器结构图如图（3）所示：
从图（3）中可以看出，脉冲变压器的结构复杂、制作成本高，因此，必须首先对铁心作出正确的判断，以确保变压器一次设计制造成功。
最终解决的办法是采用一个简易方法对铁心进行动态测试。
被测铁心为实际使用的铁心而非小样环，脉冲变压器次级电压较高，而初级电压较低（2.5KV），用双线并绕法在铁心柱上绕N1:N1的简易线匝，将超高压变压器转换为一个1:1的中低压变压器，如图（4）所示：
这时不需要对初次级进行复杂的绕制，也不需要用很多零部件进行组装，也不必将脉冲变压器放入油箱中进行干燥、真空灌油等复杂的处理。通电时，铁心的工作状态（如脉宽τ、重复频率F、去磁电流等）与实际工作状态相一致。在负载电阻上对放电波形进行观察就可以判断铁心是否饱和，同时对铁心损耗、温升、磁滞伸缩引起的噪声大小等指标也可以进行迅速的判断。
4结束语
简易动态检测法完全能模拟铁心的工作状态，方便快捷，节约了成本，为脉冲变压器设计工作积累经验提供了方便；为实际工程应用中的脉冲变压器的铁心检测结果正确性、性能优劣正确诊断，同时为研究新型磁性材料的应用等课题提供了一个简易的方法，搭建了一个成本低廉而又行之有效的实验平台。
(参考文献略)