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开关电源原理与规划(连载二十七)双激式变压器开关电源

实际上,推挽式变压器开关电源的反激式输出电压也是不能忽略的。推挽式变压器开关电源变压器次级线圈的输出电压应该同时包括两部分,正激输出电压和反

实践上,推挽式变压器开关电源的反激式输出电压也是不能疏忽的。推挽式变压器开关电源变压器次级线圈的输出电压应该一起包含两部分,正激输出电压和反激输出电压。不过,在推挽式变压器开关电源中,输出功率首要仍是以正激式输出功率为主,由于,变压器的励磁电流很小,一般只需正常作业电流的几分之一,到十分之一。

因而,图1-27中,当操控开关K1关断,K2接通瞬间,开关变压器次级线圈输出电压应该等于正激电压(由(1-128)和(1-129)式给出)与反激电压(由(1-67)或(1-68)式给出)之和。关于纯电阻负载反激式输出电压的核算,请参阅前面《1-5-1.单激式变压器开关电源的作业原理》章节中的相关内容剖析,这儿不再赘述。

依据(1-67)式

上式中,[uo] 表明开关变压器次级线圈N3绕组输出的反激式电压,[i3] 表明开关变压器次级线圈N3绕组输出反激式电压对负载R发生的电流。括弧中的第一项表明变压器次级线圈回路中的电流,第二项表明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。

别的依据(1-129)式求得的成果,开关变压器次级线圈N3绕组发生的正激式输出电压为:

(uo)=-ne2 = -nUi —— K2接通期间 (1-131)

上面两式中,[uo]表明开关变压器次级线圈N3绕组输出的反激式电压,(uo)表明开关变压器次级线圈N3绕组发生的正激式输出电压。

因而,开关变压器次级线圈输出电压uo等于正激电压(uo)与反激电压[uo]之和,即:

上式是推挽式变压器开关电源在负载为纯电阻时,输出电压uo的表达式。由(1-132)式能够看出,当t = 0时,即:操控开关K1关断瞬间,输出电压为最大值:

从(1-133)式能够看出,在操控开关K1关断瞬间,当变压器次级线圈回路负载开路,或负载很轻的时分,变压器次级线圈回路会发生十分高的反电动势。

但在实践使用中,并不彻底是这样。由于,当操控开关K1关断瞬间,操控开关K2也会一起接通,此刻开关变压器初级线圈N2绕组也一起被接入电路中,N2线圈绕组关于开关变压器初级线圈N1绕组来说,它也相当于一个变压器次级线圈,它也会发生感应电动势,感应电动势的方向与输入电压Ui的方向正好相反;因而,在操控开关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N2绕组吸收,并发生感应电流对输入电压Ui充电。

(1-132)式和(1-133)式并没有彻底考虑,开关变压器初级线圈N1绕组和N2绕组被相互看成是一个变压器次级绕组时,所发生的影响。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。

当N1和N2被相互看成是一个变压器次级绕组时,由于N1线圈绕组存储的磁能会一起在N1、N2、N3等线圈绕组两头发生反电动势或感应电动势,同理,N2线圈绕组存储的磁能会一起在N1、N2、N3等线圈绕组两头发生反电动势或感应电动势。

而N1或N2线圈绕组发生的反电动势或感应电动势的电流方向正好与输入电流的方向相反,因而,开关变压器初级线圈N1绕组或N2绕组相互感应发生的反电动势或感应电动势,会对输入电压Ui进行反充电;即:开关变压器初级线圈N1绕组或N2绕组相互感应发生的反电动势或感应电动势会被Ui进行限幅,这相当于变压器次级线圈N3绕组输出电压uo也要经过变压比被Ui进行限幅。

因而,变压器次级线圈N3绕组输出电压uo中的反激式输出电压[uo],并不会像(1-132)和(1-133)算式所表达的成果那么高。

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(1-75)式可知,反电动势(反激输出电压)的半波平均值仍是小于正激电压的半波平均值。

所以,(1-132)和(1-133)式所表明的成果,可看成是推挽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,推挽式变压器开关电源的输出电压uo,首要仍是由(1-128)、(1-129)、(1-131)等式来决议。即:推挽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N3绕组输出的正激电压来决议。

图1-28是图1-27推挽式变压器开关电源,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1-28

图1-28-a)和图1-28-b)别离表明操控开关K1接通时,开关变压器初级线圈N1绕组两头的电压波形,和流过变压器初级线圈N1绕组两头的电流波形;图1-28-c)和图1-28-d)别离表明操控开关K2接通时,开关变压器初级线圈N2绕组两头的电压波形,和流过开关变压器初级线圈N2绕组两头的电流波形;图1-28-e)和图1-28-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N3绕组两头输出电压uo的波形,和流过开关变压器次级线圈N3绕组两头的电流波形。

从图1-28-b)和图1-28-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绕组或N2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N3绕组中有电流流过的原因。

当变压器次级线圈N3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或N2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绕组或N2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N3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N3绕组电流的n倍,n为变压器次级线圈N3绕组与初级线圈N1绕组或N2绕组的匝数比。

从图1-28-f)中咱们能够看出,流过开关变压器次级线圈N3绕组两头的电流波形是个矩形波,而不是三角波。这是由于推挽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1-28-e)还能够看出,输出电压uo由两个部分组成,一部分为输入电压Ui经过变压器初级线圈N1绕组或N2感应到次级线圈N3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绕组或N2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1-28-e)中的波形有上冲,在纯电阻负载中是正常的,虽然N1和N2相互都能够把对方看成是变压器次级绕组,并对高于输入电压Ui的反电动势电压进行限幅,但由于线圈N1绕组与线圈N2绕组之间有漏感,线圈N2绕组与线圈N3绕组之间也有漏感,何况,操控开关在刚接通瞬间有比较大的电阻,因而,变压器次级线圈N3绕组瞬间反激输出电压高于正激输出电压是必定的。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。

当要求推挽式变压器开关电源输出电压波形的反冲起伏很小时,可选用如图1-29所示的电路。图1-29与图1-27比较,多了两个阻尼二极管D1、D2,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,在N2线圈中发生的感应电动势e2,不论K2处于什么作业状况,接通或关断,只需N2线圈中发生的感应电动势e2的起伏超越作业电压Ui,二极管D2就会导通,相当于感应电动势e2经过二极管D2被作业电压Ui限幅,一起也相当于变压器次级线圈N3绕组输出电压uo也要经过电磁感应被Ui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的起伏超越作业电压Ui,二极管D1就会导通,感应电动势e1就会经过二极管D1被作业电压Ui限幅,这也相当于变压器次级线圈N3绕组输出电压uo也要经过变压比被Ui进行限幅,而二极管D1对操控开关K1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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