1-7-2.开关电源电路的过渡进程
前面咱们剖析过的一切开关电源电路,很少说到电路过渡进程的概念,实践上,在开关电源电路中,作业开关的接通和关段,电路中电流和电压的改动进程,都是归于电路过渡进程,但咱们为了剖析简略,都把电路的过渡进程根本疏忽掉了。假如仔细对开关电源电路进行剖析,输出电路中的电流一般都不是线性的或锯齿波;输出电压也不是一个矩形波或锯齿波,咱们把它们当成矩形波或锯齿波,只是在一个特定条件或范围内,把它们的改动率或数值当成了一个平均值来看待。
在具有电感、电容、电阻的电路中,发生电路过渡进程的电压、电流一般都是按指数函数的曲线规则改动,正弦或许余弦函数是指数函数的特殊状况。在具有过渡进程的电路中,咱们不能简略地用正弦波电路的核算办法来剖析,用付氏改换的办法也很难剖分出准确成果。用微分方程对电路过渡进程进行剖析是最好的办法。
在电路的过渡进程中,一定要考虑电压或电流的初始值,只要当初始值根本为0或趋于某个固定值时,才干够为电路的过渡进程现已进入安稳状况,但严格来说,这种状况在开关电源电路中不存在。因为,开关电源中的作业开关总是不断地在接通与关断两中作业状况之间来回转化,而且占空比D时刻都在改动,它不或许呈现一个安稳值。但是,咱们能够把开关电源当成一种特殊状况来处理,或把开关电源电路中,电压或电流的初始值重复呈现时,就能够以为开关电源现已作业于安稳状况。
例如,当开关电源在一个或两个作业周期内,对应于作业开关接通或封闭的瞬间,某电路的电压或电流的初始值根本持平,或很挨近时,咱们就能够以为,开关电源现已进入了安稳作业状况。
当开关电源进入作业安稳状况今后,为了简略,咱们一般都用电压或电流的其平均值或半波平均值来进行电路电路核算或剖析。例如,咱们在核算流过负载的电流时,一般都是使用输出电压的平均值Uo来进行核算,很少考虑输出电压纹波对负载的影响,核算负载电流的成果便是流过负载电流的平均值Io。
但是,在开关电源的规划中,开关电源开机时刻的过渡进程也是不行忽视的,因为,储能滤波电容存储的电荷为0,需求许多个作业周期今后,储能滤波电容才干充溢电,其两头电压才根本安稳,开关电源才干进入安稳作业状况。下面,咱们来详细剖析开关电源开机时刻的过渡进程。
图1-19中,当作业开关由接通转为关断时,开关电源变压器次级线圈发生的反电动势为:
式中,q为电容存储的电荷量,C1和C2为待定系数,ω =
,为角频率,即电容器充放电的速率。这儿为了简化在不容易混杂的状况下咱们常常把电感L和电容C的下标省去。
当t = 0 时,q = 0,由此求得C1 = 0,当t = Toff时,因为电容容量很大,电容器一般在一个作业周期内是不或许充溢电的,大约需求十几个周期以上才干充溢。当电容充溢电时,电容两头的电压就能够到达电源电压的峰值,即:q = UpC,由此,求得C2 = UpC,所以(1-112)式能够写为:
这儿特别指出,(1-112)、(1-113)、(1-114)式中的时刻t关于电容器充电来说是不接连的,它是按正弦曲线一段、一段地进行迭加,如图23。
图1-23-a)中,uo为变压器次级线圈输出电压的脉冲波形,虚线是整流之前变压器次级线圈的输出波形(半波平均值),实线是实践输出波形,因为整流二极管的限幅效果,所以实践输出电压起伏要比正常作业时低许多。在每次作业开关由接通转变为关断期间,变压器次级线圈的输出电压,都经整流二极管对储能滤波电容进行充电,使储能滤波电容两头的电压一步、一步地升高,输出电压起伏也一步、一步地升高。
图1-23-b)是储能滤波电容器进行充电的电压波形,它需求通过多个作业周期后才干对储能滤波电容充溢电,因而,储能滤波电容两头的电压是按正弦曲线,像爬楼梯相同,一个、一个楼梯相同提高,直到储能滤波电容两头的电压到达最大值Up。
图1-23-c),是变压器初、次级线圈的电流波形。图中,i1为流过变压器初级线圈中的电流,i2为流过变压器次级线圈中的电流(虚线所示)。实践上流过变压器次级线圈中的电流i2也不是线性下降,而是按余弦或指数曲线改动,但因为其曲率改动很小,所以咱们把它近似地看成是一根直线,或用其改动率的平均值来替代,以便与输出电压波形(矩形波)对应。