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开关电源原理与规划(连载三十五)沟通输出半桥式变压器开关电源

上面的(1-162)和(1-163)式并没有完全考虑,开关变压器初级线圈N1绕组产生的反电动势对电容器C1和C2进行反充电所产生的影响。当开关变压器初级线圈N1绕

上面的(1-162)和(1-163)式并没有彻底考虑,开关变压器初级线圈N1绕组发生的反电动势对电容器C1和C2进行反充电所发生的影响。当开关变压器初级线圈N1绕组发生的反电动势对电容器C1和C2进行反充电时,相当于变压器次级线圈N2绕组输出电压uo也要经过变压比被电容器C1、C2存储的电压进行限幅。因而,变压器次级线圈N2绕组输出电压uo中的反激式输出电压[uo],并不会像(1-162)和(1-163)算式所表达的成果那么高。

明显变压器次级线圈回路发生反电动势的凹凸还与操控开关K1和K2替换接入的时刻差有关,与K1和K2的接入电阻的巨细还有关。一般电子开关,如晶体管或场效应管,刚开端导通的时分也不能简略地看成是一个开关,它从截止到导通,或从导通到截止,都需求一个过渡进程,因而,它也会存在必定的开关损耗。

别的,依据(1-75)式:

Upa×Ton = Upa-×Toff —— 一个周期内 (1-75)

还能够知到,当操控开关K1和K2的占空比均等于0.5时,变压器正激输出电压的半波平均值Upa与反激输出的半波平均值Upa-根本持平。因而,只需在操控开关K2接通与操控开关K1断开两者之间存在时刻差时,变压器次级线圈回路才会发生十分高的反电动势;但当操控开关K1和K2的占空比均小于0.5时,虽然反电动势的起伏比较高,但由于正激式开关电源的励磁电流一般都十分小(小于10%),其发生反电动势的能量也很小。即:反电动势脉冲的宽度很窄。

依据上面剖析和(1-75)式可知,反电动势(反激输出电压)的半波平均值仍是远远小于正激电压的半波平均值。

所以,(1-162)和(1-163)式所表明的成果,可看成是半桥式变压器开关电源在输出电压中含有毛刺(输出噪音)的表达式。

依据上面剖析,在一般情况下,半桥式变压器开关电源的输出电压uo,首要仍是由(1-158)、(1-159)、(1-161)等式来决议。即:半桥式变压器开关电源的输出电压uo,首要由开关电源变压器次级线圈N2绕组输出的正激电压来决议。

图1-37是图1-36半桥式变压器开关电源,在负载为纯电阻,且两个操控开关K1和K2的占空比D均等于0.5时,变压器初、次级线圈各绕组的电压、电流波形。

图1-37-a)和图1-37-b)别离表明操控开关K1接通时,开关变压器初级线圈N1绕组两头的电压uab的波形,和流过变压器初级线圈N1绕组两头的电流ic1的波形;图1-37-c)和图1-37-d)别离表明操控开关K2接通时,开关变压器初级线圈N1绕组两头的电压uba的波形,和流过开关变压器初级线圈N1绕组两头的电流ic2的波形;图1-37-e)和图1-37-f)别离表明操控开关K1和K2轮番接通时,开关变压器次级线圈N2绕组两头输出电压uo的波形,和流过开关变压器次级线圈N2绕组两头的电流波形。

从图1-37-b)和图1-37-d)中咱们能够看出,当操控开关K1或K2接通瞬间,流过变压器初级线圈N1绕组的电流,其初始值并不等于0,而是发生一个电流突跳,这是由于变压器次级线圈N2绕组中有电流流过的原因。

当变压器次级线圈N2绕组有负载电流流过期,其发生的磁通方向正好与流过变压器次级线圈N1绕组励磁电流发生的磁通方向相反,因而,流过变压器初级线圈N1绕组的电流也要在本来励磁电流的基础上再添加一个电流,来抵消流过变压器次级线圈N2绕组电流的影响。添加电流的巨细等于流过变压器次级线圈N2绕组电流的n倍,n为变压器次级线圈N2绕组与初级线圈N1绕组的匝数比。

从图1-37-f)中咱们能够看出,流过开关变压器次级线圈N2绕组两头的电流波形是个矩形波,而不是三角波。这是由于半桥式变压器开关电源一起存在正、反激电压输出的原因。当变压器一起存在正、反激电压输出时,反激式输出的电流是由最大值开端,然后逐步减小到最小值,如图中虚线箭头所示;而正激式输出的电流则是由最小值开端,然后逐步添加到最大值,如图中实线箭头所示;因而,两者一起效果的成果,正好输出一个矩形波。

从图1-37-e)还能够看出,输出电压uo由两个部分组成,一部分为电容器C1或C2存储的电压Uc1或Uc2经过变压器初级线圈N1绕组感应到次级线圈N2绕组的正激式输出电压(uo),这个电压的起伏比较稳定,一般不会跟着时刻改变而改变;另一部分为励磁电流经过变压器初级线圈N1绕组存储的磁能量发生的反激式输出电压[uo],这个电压会使波形发生反冲,其起伏是时刻的指数函数,它会跟着时刻增大而变变小。

这儿还需指出,图1-37-e)中的波形有上冲,在纯电阻负载中是正常的,虽然在操控开关K1或K2接通瞬间,开关变压器初级线圈N1绕组存储的磁能量有一部分要被电容器C1或C2吸收,待反电动势的能量根本被吸收完后,电容器C1或C2才开端对变压器初级线圈N1绕组供电。相当于变压器次级线圈N2绕组输出电压uo也要经过变压比被电容器C1、C2存储的电压进行限幅。

但由于操控开关K1、K2在刚接通瞬间有比较大的电阻,因而,变压器次级线圈N2绕组瞬间反激输出电压高于正激输出电压是必定的。别的,假如两个储能分压电容的容量获得比较小,电源输出电压uo也会受电容的充放电进程影响,即:输出电压受Uc1或Uc2的改变调制,此刻波形的上冲现象显得更为严重。

不过在大多数情况下,最好仍是选用半波平均值的概念来进行电路剖析或核算,避免需求进行杂乱的指数函数运算。

在实践使用中,为了避免变压器初级线圈发生的反电动势把开关器材击穿,下降开关器材半导通状况期间的损耗和半桥式变压器开关电源输出电压波形的反冲起伏,一般可在图1-36中两个操控开关,每个操控开关的两头都并联一个阻尼二极管,如图1-38所示。

在图1-38中,D1、D2为阻尼二极管,它们别离与操控开关K1、K2并联。当操控开关K1由接通转换到关断时,不论K2处于什么作业状况,接通或关断,只需N1线圈中发生的感应电动势e1的起伏超越电容器C2两头的电压Uc2,二极管D2就会导通,相当于感应电动势e1经过二极管D2被电容C2两头的电压Uc2进行限幅,一起也相当于变压器次级线圈N2绕组输出电压uo也要经过电磁感应被Uc2进行限幅,而二极管D2对操控开关K2的作业几乎不受影响。

同理,当操控开关K2由接通转换到关断时,不论K1处于什么作业状况,只需N1线圈中发生的感应电动势e1的起伏超越电容器C1两头的电压Uc1,二极管D1就会导通,感应电动势e1就会经过二极管D1被电容器C1两头的电压Uc1进行限幅,这也相当于变压器次级线圈N2绕组输出电压uo也要经过电磁感应被Uc2进行限幅,而二极管D2对操控开关K2的作业几乎不受影响。

一般人们都把D1、D2称为阻尼二极管,这是由于D1、D2没有直接对输出电压uo进行限幅,而是经过变压器初、次级之间的感应效果直接进行的。实践使用中,一般都在开关三极管的E-C或场效应管的S-D两个电极内部封装有一个阻尼二极管,其效果便是用来对输出电压反冲进行阻尼用的。阻尼二极管D1、D2的另一个效果是避免变压器初级线圈N1绕组中发生的感应电动势e1对操控开关K1、K2反向击穿。

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