单激式变压器开关电源的工作原理详解

在Toff期间,控制开关K关断,流过变压器初级线圈的电流忽然为0。由于变压器初级线圈回路中的电流产生突变,而变压器死心中的磁通量 不能突变,因而,必需请求流过变压器次级线圈回路的电流也跟着突变,以抵消变压器初级线圈电流突变的影响,要么,在变压器初级线圈回路中将呈现十分高的反电动势电压,把控制开关或变压器击穿。

假如变压器死心中的磁通ф产生突变,变压器的初、次级线圈就会产生无限高的反电动势,反电动势又会产生无限大的电流,而电流在线圈中产生的磁力线又会抵抗磁通的变化,因而,变压器死心中的磁通变化,最终还是要遭到变压器初、次级线圈中的电流来约束的。

因而,在控制开关K关断的Toff期间,变压器死心中的磁通 主要由变压器次级线圈回路中的电流来决议,即:


e2 =-N2*dф/dt =-L2*di2/dt = i2R —— K关断期间 (1-64)


式中负号表示反电动势e2的极性与(1-62)式中的符号相反,即:K接通与关断时变压器次级线圈产生的感应电动势的极性正好相反。对(1-64)式阶微分方程求解得:


式中C为常数,把初始条件代入上式,就很容易求出C,由于控制开关K由接通状态忽然转为关断时,变压器初级线圈回路中的电流忽然为0,而变压器死心中的磁通量 不能突变,因而,变压器次级线圈回路中的电流i2一定正好等于控制开关K接通期间的电流i2(Ton+),与变压器初级线圈回路中励磁电流被折算到变压器次级线圈回路电流之和。

(1-66)式中,括弧中的第一项表示变压器次级线圈回路中的电流,第二项表示变压器初级线圈回路中励磁电流被折算到变压器次级线圈回路的电流。

图1-16-a单激式变压器开关电源输出电压uo等于:

(1-68)式中的Up-就是还击式输出电压的峰值,或输出电压最大值。由此可知,在控制开关K关断霎时,当变压器次级线圈回路负载开路时,变压器次级线圈回路会产生十分高的反电动势。理论上需求时间t等于无限大时,变压器次级线圈回路输出电压才为0,但这种状况普通不会发作,由于控制开关K的关断时间等不了那么长。


从(1-63)和(1-67)式能够看出,开关电源变压器的工作原理与普通变压器的工作原理是不一样的。当开关电源工作于正激时,开关电源变压器的工作原理与普通变压器的工作原理根本相同;当开关电源工作于反激时,开关电源变压器的工作原理相当于一个储能电感。

(1-75)式就是用来计算单激式变压器开关电源输出电压半波均匀值Upa和Upa-的表达式。上面(1-73)、(1-74)、(1-75)式中,我们分别把Upa和Upa-定义为正半波均匀值和负半波均匀值,简称半波均匀值,而把Ua 和Ua- 称为一周均匀值。从图1-16-b能够看出,Upa正好等于Up,但Upa-并不等于Up- ,Upa- 小于Up-


半波均匀值Upa和Upa-,以及一周均匀值Ua 和Ua- ,关于剖析开关电源的工作原理是一个十分重要的概念,下面经常用到,在这里务必记分明。


开关电源中,正激电压和反激电压是同时存在的,但在单激式开关电源中普通只能有一种电压用于功率输出。这是由于单激式开关电源普通都请求输出电压可调,即:经过改动控制开关的占空比来调整开关电源输出电压的大小。如:在正激式开关电源中,只要(1-75)式等号左边Upa电压向负载提供功率输出,经过改动控制开关的占空比,能够改动其输出电压的均匀值;在反激式开关电源中,只要(1-75)式等号右边Upa-电压向负载提供功率输出,经过改动控制开关的占空比,能够改动其输出电压的半波均匀值。

在(1-75)式中,假如把等号左边的Upa看成是正激电压,则等号右边的Upa-就能够看成是反激电压,反之则反。在正激式开关电源中,由于只要正激电压Upa向负载提供功率输出,所以反激电压Upa-就相当于一个隶属产品需求另外回收;在反激式开关电源中,由于只要反激电压Upa-向负载提供功率输出,所以正激电压Upa就相当于用来对能量停止存储,以便于给反激电压Upa-提供能量输出。


假如(1-75)式中正激电压没有电流输出,就不能把正激电压看成是正激式输出电压,我们应该把它看成是反激式输出电压的一个过程,就是为反激式输出电压存储能量。这样定义固然有点勉强,但主要目的还是为了让我们加强对开关电源工作原理的了解。


这是由于,(1-75)式中无论是正激电压Upa或是反激电压Upa-,都是由流过变压器初级线圈的励磁电流产生的磁通,经过互感的作用所产生的。但励磁电流产生的磁通并不直接向正激电压Upa提供能量输出,由于(1-71)、(1-72)、(1-73)、(1-74)等式中的磁通 并不是由正激电压产生的,而是由励磁电流本人产生的。励磁电流产生的磁通ф 固然经过电磁感应会产生正激电压,但不产生正激电流输出,即:励磁电流对正激式输出电压不提供功率输出。不论正激式输出功率或电流多大,变压器初级线圈中的励磁电流或磁通的变化只与输入电压和变压器的初级电感量有关,而与正激式输出功率或电流大小无关。

这是由于我们把变压器死心中的磁通ф 分红了两个局部,即:励磁电流产生的磁通和正激电流产生的磁通,来停止剖析的缘故。正激输出电流产生的磁通与流过变压器初级线圈电流产生的磁通,方向相反,相互能够抵消,而剩下来的磁通正好就是励磁电流产生的;因而,只要励磁电流产生的磁通才会产生反激式输出电压和电流。正激式输出电压只与变压器的输入电压和变压器的初、次级线圈的匝数比有关,两种电压输出机理是不完整一样的。

在变压器开关电源中,正激式输出电压的计算比拟简单,而反激式输出电压的计算相对来说很复杂,因而,假如没有非常必要,最好采用半波均匀值的概念和(1-75)式,经过计算正激电压的半波均匀值,来推算反激式输出电压的半波均匀值。因而,(1-75)式主要还是用来计算反激式输出电压的半波均匀值的。

另外,还需特别留意:(1-75)式中,正激电压的幅值或半波均匀值是不会跟随控制开关的接通时间Ton或占空比D的改动而改动的;而反激电压的幅值或半波均匀值则要跟随控制开关的接通时间Ton或占空比D的改动而改动,占空比D越大,反激电压的幅值或半波均匀值就越高。正激式开关电源与反激式开关电源的区别不只是输出电压极性的不同,更重要的是变压器的参数请求不一样;在正激式开关电源中,反激式输出电压的能量与正激式输出电压的能量相比,普通都比拟小,有时以至能够疏忽。

开关电源工作于正激式输出状态的时分,改动控制开关K的占空比D,只能改动输出电压(图1-16-b中正半周)的均匀值Ua ,而输出电压的幅值Up不变;当开关电源工作于反激式输出状态的时分,改动控制开关K的占空比D,不但能够改动输出电压uo(图1-16-b中负半周)的幅值Up- ,而且也能够改动输出电压的均匀值Ua- 。


这里还需提请留意,在决议反激式开关电源输出电压的(1-78)式中,并没有运用反激输出电压最大值或峰值Up-的概念,而式运用的Up正好是正击式输出电压的峰值,这是由于反激输出电压的最大值或峰值Up-计算比拟复杂((1-68)式),并且峰值Up-的幅度不稳定,它会随着输出负载大小的变化而变化;而正击式输出电压的峰值Up则不会随着输出负载大小的变化而变化。


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