《電子技術(shù)應(yīng)用》
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開關(guān)變壓器內(nèi)部等效電路分析(1)
摘要: 開關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路,雖然看起來基本沒有區(qū)別,但開關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的,;等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù),它會(huì)隨著開關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變,,分布電感與分布電容對(duì)正激式開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源工作的影響也不一樣.
Abstract:
Key words :

 

開關(guān)變壓器" title="開關(guān)變壓器">開關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路" title="等效電路">等效電路,雖然看起來基本沒有區(qū)別,但開關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的;等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù),,它會(huì)隨著開關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變,分布電感與分布電容對(duì)正激開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源工作的影響也不一樣.

 

(2-122)式中,,Cs為變壓器的總分布電容,,Cs1為變壓器初級(jí)線圈的分布電容,;C1為次級(jí)線圈電路中總電容C2(包括分布電容與電路中的電容)等效到初級(jí)線圈電路中的電容,;n = N2/N1為變壓比。

圖2-43開關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路,,雖然看起來基本沒有區(qū)別,,但開關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的;即:圖2-43中的等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù),,它會(huì)隨著開關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變,。

例如,在反激式開關(guān)電源中,,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),,開關(guān)變壓器是沒有功率輸出的,即負(fù)載電阻R等于無限大,;而對(duì)于正激式開關(guān)電源,,當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),開關(guān)變壓器是有功率輸出的,,即負(fù)載電阻R既不等于無限大,,也不等于0 。因此,,分布電感與分布電容對(duì)正激式開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源工作的影響是不一樣的,。

我們先來看圖2-44,當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),無論是對(duì)正激式開關(guān)電源或反激式開關(guān)電源,,漏感Ls都會(huì)對(duì)流過開關(guān)管Q1的電流Id起到限制作用,,即降低Id的電流上升率,這對(duì)保護(hù)開關(guān)管是有好處的,;因?yàn)?,開關(guān)管剛導(dǎo)通的時(shí)候,電流在管芯內(nèi)部是以擴(kuò)散的形式由一個(gè)點(diǎn)向整個(gè)面擴(kuò)散的,,如果電流上升率太大,,很容易使開關(guān)管因局部面積電流密度過大造成損傷。

另外,,Ls和Cs可以看成是一個(gè)串聯(lián)振蕩回路,,當(dāng)開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通的時(shí)候,輸入脈沖電壓的上升率大于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率,,因此,,振蕩回路開始吸收能量,輸入電壓對(duì)Ls和Cs進(jìn)行充電,,此時(shí),,振蕩回路會(huì)抑制輸入電流上升率的增長;當(dāng)開關(guān)管Q1完全導(dǎo)通以后,,開關(guān)管完全導(dǎo)通(脈沖進(jìn)入平頂階段),,相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為0,此時(shí),,輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率,,因此,振蕩回路開始釋放能量,,振蕩回路產(chǎn)生阻尼振蕩,;

當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通過后,開關(guān)管開始關(guān)斷,,相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為負(fù)(脈沖進(jìn)入反沖階段),,此時(shí),輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率,,因此,,振蕩回路又開始再次釋放能量,振蕩回路再次產(chǎn)生阻尼振蕩,,如圖2-45所示,。

圖4-5-a,是電源開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),,輸入電壓U加于開關(guān)變壓器兩端的波形,;圖4-5-b,,是勵(lì)磁電感或分布電容兩端的電壓波形;圖4-5-c,,是電源關(guān)管D,、S兩極之間的電壓波形。

在圖4-5-b中,,在t0時(shí)刻,,電源開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通,輸入電壓U加于開關(guān)變壓器兩端,,輸入電壓首先通過分布電感Ls對(duì)分布電容Cs充電,,充電過程是按正弦曲線上升;到t1時(shí)刻,,流過Ls的電流達(dá)到最大值,,同時(shí)分布電容Cs兩端的電壓與輸入電壓U相等,即Ls兩端的電壓為0,;但流過Ls的電流不能為0,,Ls將產(chǎn)生反電動(dòng)勢繼續(xù)給電容Cs充電。


直到t2時(shí)刻,,流過Ls的電流等于0,,電容器Cs充電結(jié)束,同時(shí)Cs兩端的電壓也達(dá)到最大值,;然后電容按正弦曲線開始放電,,流過Ls的電流開始反向,到t3時(shí)刻,,Cs兩端的電壓又與輸入電壓U相等,,電容停止放電,,但流過Ls的電流不能為0,,Ls將又產(chǎn)生反電動(dòng)勢給電容Cs進(jìn)行反向充電,所以Cs兩端的電壓低于輸入電壓U,。

到t4時(shí)刻,,流過Ls的反向電流等于0,Cs兩端的電壓達(dá)到最低值,;然后輸入電壓又開始通過Ls對(duì)Cs進(jìn)行充電,,到此分布電感Ls與分布電容Cs第一個(gè)充放電周期結(jié)束。

在t0時(shí)刻,,由于輸入電壓的上升率大于分布電感Ls與分布電容Cs充,、放電電壓的上升率,所以電感和電容是從輸入電壓吸收能量,;在t1時(shí)間之后,,輸入電壓的上升率小于分布電感Ls與分布電容Cs充,、放電的電壓上升率,所以電感和電容是釋放能量的,,即:電感和電容在t1時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生阻尼振蕩,。

這里順便指出,圖2-45-b的波形是很難測量到的,,因?yàn)樗旧隙荚谧儔浩鲀?nèi)部的分布電感Ls與分布電容Cs之間產(chǎn)生,,但它會(huì)通過輻射對(duì)周邊電路造成干擾。

下面我們進(jìn)一步通過數(shù)學(xué)的計(jì)算方法來對(duì)電路進(jìn)行詳細(xì)分析,。

 

 

 

從(2-128)式可以看出,,電容兩端電壓的變化過程主要由三個(gè)與時(shí)間常數(shù)有關(guān)的變量決定。但如果我們直接用(2-128)式來求解(2-125)式,,結(jié)果將會(huì)變得非常復(fù)雜,,為此我們先對(duì)(2-128)式進(jìn)行簡化。

 


另外,,非齊次微分方程(2-125)式的解應(yīng)該等于齊次微分方程(2-126)式的通解與(2-125)式特解之和,。

另外,LC振蕩的幅度對(duì)于正激開關(guān)電源反激式開關(guān)電源是不同的,。對(duì)于正激式開關(guān)電源,,當(dāng)電源開關(guān)管Q1導(dǎo)通的時(shí)候,正好開關(guān)變壓器要向負(fù)載輸出能量,,等效負(fù)載電阻R的值相對(duì)比較小,,即衰減系數(shù)很小,LC振蕩回路被阻尼得很厲害,,因此,,振蕩幅度下降很快,一般第一個(gè)振蕩周期過后,,振蕩回路很難再次振蕩起來,。

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