單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理詳解
在Toff期間,控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷,流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的電流忽然為0。由于變壓器初級(jí)線(xiàn)圈回路中的電流產(chǎn)生突變,而變壓器死心中的磁通量 不能突變,因而,必需請(qǐng)求流過(guò)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路的電流也跟著突變,以抵消變壓器初級(jí)線(xiàn)圈電流突變的影響,要么,在變壓器初級(jí)線(xiàn)圈回路中將呈現(xiàn)十分高的反電動(dòng)勢(shì)電壓,把控制開(kāi)關(guān)或變壓器擊穿。
假如變壓器死心中的磁通ф產(chǎn)生突變,變壓器的初、次級(jí)線(xiàn)圈就會(huì)產(chǎn)生無(wú)限高的反電動(dòng)勢(shì),反電動(dòng)勢(shì)又會(huì)產(chǎn)生無(wú)限大的電流,而電流在線(xiàn)圈中產(chǎn)生的磁力線(xiàn)又會(huì)抵抗磁通的變化,因而,變壓器死心中的磁通變化,最終還是要遭到變壓器初、次級(jí)線(xiàn)圈中的電流來(lái)約束的。
因而,在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷的Toff期間,變壓器死心中的磁通 主要由變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路中的電流來(lái)決議,即:
e2 =-N2*dф/dt =-L2*di2/dt = i2R —— K關(guān)斷期間 (1-64)
式中負(fù)號(hào)表示反電動(dòng)勢(shì)e2的極性與(1-62)式中的符號(hào)相反,即:K接通與關(guān)斷時(shí)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性正好相反。對(duì)(1-64)式階微分方程求解得:
式中C為常數(shù),把初始條件代入上式,就很容易求出C,由于控制開(kāi)關(guān)K由接通狀態(tài)忽然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí),變壓器初級(jí)線(xiàn)圈回路中的電流忽然為0,而變壓器死心中的磁通量 不能突變,因而,變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路中的電流i2一定正好等于控制開(kāi)關(guān)K接通期間的電流i2(Ton+),與變壓器初級(jí)線(xiàn)圈回路中勵(lì)磁電流被折算到變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路電流之和。
(1-66)式中,括弧中的第一項(xiàng)表示變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路中的電流,第二項(xiàng)表示變壓器初級(jí)線(xiàn)圈回路中勵(lì)磁電流被折算到變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路的電流。
圖1-16-a單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo等于:
(1-68)式中的Up-就是還擊式輸出電壓的峰值,或輸出電壓最大值。由此可知,在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷霎時(shí),當(dāng)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路負(fù)載開(kāi)路時(shí),變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路會(huì)產(chǎn)生十分高的反電動(dòng)勢(shì)。理論上需求時(shí)間t等于無(wú)限大時(shí),變壓器次級(jí)線(xiàn)圈回路輸出電壓才為0,但這種狀況普通不會(huì)發(fā)作,由于控制開(kāi)關(guān)K的關(guān)斷時(shí)間等不了那么長(zhǎng)。
從(1-63)和(1-67)式能夠看出,開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作原理與普通變壓器的工作原理是不一樣的。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作于正激時(shí),開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作原理與普通變壓器的工作原理根本相同;當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作于反激時(shí),開(kāi)關(guān)電源變壓器的工作原理相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能電感。
(1-75)式就是用來(lái)計(jì)算單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓半波均勻值Upa和Upa-的表達(dá)式。上面(1-73)、(1-74)、(1-75)式中,我們分別把Upa和Upa-定義為正半波均勻值和負(fù)半波均勻值,簡(jiǎn)稱(chēng)半波均勻值,而把Ua 和Ua- 稱(chēng)為一周均勻值。從圖1-16-b能夠看出,Upa正好等于Up,但Upa-并不等于Up- ,Upa- 小于Up-
半波均勻值Upa和Upa-,以及一周均勻值Ua 和Ua- ,關(guān)于剖析開(kāi)關(guān)電源的工作原理是一個(gè)十分重要的概念,下面經(jīng)常用到,在這里務(wù)必記分明。
在開(kāi)關(guān)電源中,正激電壓和反激電壓是同時(shí)存在的,但在單激式開(kāi)關(guān)電源中普通只能有一種電壓用于功率輸出。這是由于單激式開(kāi)關(guān)電源普通都請(qǐng)求輸出電壓可調(diào),即:經(jīng)過(guò)改動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的大小。如:在正激式開(kāi)關(guān)電源中,只要(1-75)式等號(hào)左邊Upa電壓向負(fù)載提供功率輸出,經(jīng)過(guò)改動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的占空比,能夠改動(dòng)其輸出電壓的均勻值;在反激式開(kāi)關(guān)電源中,只要(1-75)式等號(hào)右邊Upa-電壓向負(fù)載提供功率輸出,經(jīng)過(guò)改動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的占空比,能夠改動(dòng)其輸出電壓的半波均勻值。
在(1-75)式中,假如把等號(hào)左邊的Upa看成是正激電壓,則等號(hào)右邊的Upa-就能夠看成是反激電壓,反之則反。在正激式開(kāi)關(guān)電源中,由于只要正激電壓Upa向負(fù)載提供功率輸出,所以反激電壓Upa-就相當(dāng)于一個(gè)隸屬產(chǎn)品需求另外回收;在反激式開(kāi)關(guān)電源中,由于只要反激電壓Upa-向負(fù)載提供功率輸出,所以正激電壓Upa就相當(dāng)于用來(lái)對(duì)能量停止存儲(chǔ),以便于給反激電壓Upa-提供能量輸出。
假如(1-75)式中正激電壓沒(méi)有電流輸出,就不能把正激電壓看成是正激式輸出電壓,我們應(yīng)該把它看成是反激式輸出電壓的一個(gè)過(guò)程,就是為反激式輸出電壓存儲(chǔ)能量。這樣定義固然有點(diǎn)勉強(qiáng),但主要目的還是為了讓我們加強(qiáng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源工作原理的了解。
這是由于,(1-75)式中無(wú)論是正激電壓Upa或是反激電壓Upa-,都是由流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通,經(jīng)過(guò)互感的作用所產(chǎn)生的。但勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通并不直接向正激電壓Upa提供能量輸出,由于(1-71)、(1-72)、(1-73)、(1-74)等式中的磁通 并不是由正激電壓產(chǎn)生的,而是由勵(lì)磁電流本人產(chǎn)生的。勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通ф 固然經(jīng)過(guò)電磁感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生正激電壓,但不產(chǎn)生正激電流輸出,即:勵(lì)磁電流對(duì)正激式輸出電壓不提供功率輸出。不論正激式輸出功率或電流多大,變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流或磁通的變化只與輸入電壓和變壓器的初級(jí)電感量有關(guān),而與正激式輸出功率或電流大小無(wú)關(guān)。
這是由于我們把變壓器死心中的磁通ф 分紅了兩個(gè)局部,即:勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通和正激電流產(chǎn)生的磁通,來(lái)停止剖析的緣故。正激輸出電流產(chǎn)生的磁通與流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通,方向相反,相互能夠抵消,而剩下來(lái)的磁通正好就是勵(lì)磁電流產(chǎn)生的;因而,只要?jiǎng)?lì)磁電流產(chǎn)生的磁通才會(huì)產(chǎn)生反激式輸出電壓和電流。正激式輸出電壓只與變壓器的輸入電壓和變壓器的初、次級(jí)線(xiàn)圈的匝數(shù)比有關(guān),兩種電壓輸出機(jī)理是不完整一樣的。
在變壓器開(kāi)關(guān)電源中,正激式輸出電壓的計(jì)算比擬簡(jiǎn)單,而反激式輸出電壓的計(jì)算相對(duì)來(lái)說(shuō)很復(fù)雜,因而,假如沒(méi)有非常必要,最好采用半波均勻值的概念和(1-75)式,經(jīng)過(guò)計(jì)算正激電壓的半波均勻值,來(lái)推算反激式輸出電壓的半波均勻值。因而,(1-75)式主要還是用來(lái)計(jì)算反激式輸出電壓的半波均勻值的。
另外,還需特別留意:(1-75)式中,正激電壓的幅值或半波均勻值是不會(huì)跟隨控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間Ton或占空比D的改動(dòng)而改動(dòng)的;而反激電壓的幅值或半波均勻值則要跟隨控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間Ton或占空比D的改動(dòng)而改動(dòng),占空比D越大,反激電壓的幅值或半波均勻值就越高。正激式開(kāi)關(guān)電源與反激式開(kāi)關(guān)電源的區(qū)別不只是輸出電壓極性的不同,更重要的是變壓器的參數(shù)請(qǐng)求不一樣;在正激式開(kāi)關(guān)電源中,反激式輸出電壓的能量與正激式輸出電壓的能量相比,普通都比擬小,有時(shí)以至能夠疏忽。
當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作于正激式輸出狀態(tài)的時(shí)分,改動(dòng)控制開(kāi)關(guān)K的占空比D,只能改動(dòng)輸出電壓(圖1-16-b中正半周)的均勻值Ua ,而輸出電壓的幅值Up不變;當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作于反激式輸出狀態(tài)的時(shí)分,改動(dòng)控制開(kāi)關(guān)K的占空比D,不但能夠改動(dòng)輸出電壓uo(圖1-16-b中負(fù)半周)的幅值Up- ,而且也能夠改動(dòng)輸出電壓的均勻值Ua- 。
這里還需提請(qǐng)留意,在決議反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的(1-78)式中,并沒(méi)有運(yùn)用反激輸出電壓最大值或峰值Up-的概念,而式運(yùn)用的Up正好是正擊式輸出電壓的峰值,這是由于反激輸出電壓的最大值或峰值Up-計(jì)算比擬復(fù)雜((1-68)式),并且峰值Up-的幅度不穩(wěn)定,它會(huì)隨著輸出負(fù)載大小的變化而變化;而正擊式輸出電壓的峰值Up則不會(huì)隨著輸出負(fù)載大小的變化而變化。
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