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          開關(guān)電源原理與設計(連載76)

          作者: 時間:2011-03-03 來源:網(wǎng)絡 收藏

          從原理上來說,用圖2-44的等效電路來等效開關(guān)變壓器的工作原理還是有些過于簡單,因為,在圖2-44中,當電源開關(guān)管Q1突然關(guān)斷瞬間,分布電感Ls沒有放電回路,即負載電阻為無限大,根據(jù)(2-140)式,分布電感Ls兩端產(chǎn)生的反電動勢將非常大;但實際上,在分布電感 產(chǎn)生反電動勢的時候,它是可以通過分布電感兩端的分布電容產(chǎn)生并聯(lián)振蕩的,因此,我們可以把圖2-44電路進一步改進成如圖2-46所示電路。

          在圖2-46中,Cs1、Cs2都是分布電容,它們對于分布電感 來說,既可以產(chǎn)生串聯(lián)振蕩,又可以產(chǎn)生并聯(lián)振蕩。在電源開關(guān)管Q1導通瞬間,分布電感與分布電容主要是產(chǎn)生串聯(lián)振蕩,因為輸入電壓開始向串聯(lián)振蕩回路提供能量;在電源開關(guān)管Q1關(guān)斷瞬間,分布電感與分布電容主要是產(chǎn)生并聯(lián)振蕩,因為分布電感Ls必須要通過并聯(lián)回路釋放能量。在實際應用中,分布電感Ls相對于勵磁電感Lμ來說很小,因此,如果不考慮分布電感Ls 的作用,完全可以把Cs1、Cs2看成是一個分布電容。

          由于在變壓器線圈中,分布電容和分布電感是由非常多的電容和分布電感互相串、并聯(lián)在一起組成,如要嚴格地用集中參數(shù)完全把它們等效是很難的。至于等效電路是采用串聯(lián)還是并聯(lián),這主要看它在電路中所起的關(guān)鍵作用。例如,在電源開關(guān)管接通時,串聯(lián)電容的作用是主要的;而在電源開關(guān)管關(guān)斷時,并聯(lián)電容的作用反而是主要的。

          當電源開關(guān)管Q1關(guān)斷瞬間,分布電感Ls產(chǎn)生反電動勢將會在分布電感 、Cs1、Cs2組成的LC回路中產(chǎn)生并聯(lián)振蕩,并聯(lián)振蕩回路電容由Cs1和Cs2串聯(lián)而成,Cs1和Cs2的大小以及比例關(guān)系,與變壓器線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān),線圈的層數(shù)越多,串聯(lián)電容的容量就越大。

          從圖2-45-c以及(2-140)式還可以看出,分布電感Ls以及勵磁電感Lμ產(chǎn)生的反電動勢,其幅度一般都等于或大于輸入電源電壓的幅度(假設占空比等于0.5),即加到電源開關(guān)管D極的電壓最高可達輸入電壓的兩倍以上。這是因為電源開關(guān)管的關(guān)斷時間一般都很短,而分布電感釋放能量時等效負載電阻很大的緣故。因此,如果不對電源開關(guān)管采取保護措施,反電動勢很容易就把電源開關(guān)管擊穿。

          根據(jù)(2-140)式,降低分布電感反電動勢幅度的最有效方法是減小負載電阻RL的阻值。除此之外,還可以在諧振回路接入一個由電阻、電容并聯(lián),然后與整流二極管串聯(lián)的反電動勢限幅電路,來對分布電感以及勵磁電感產(chǎn)生的反電動勢進行限幅,如圖2-47所示。

          圖2-47 對分布電感以及勵磁電感產(chǎn)生的反電動勢進行限幅

          在圖2-47中,當電容器C1充上一定的電荷之后,其作用就相當于一個穩(wěn)壓二極管,不過這個穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值是動態(tài)的,它會隨著反電動勢的幅度升高而升高,而整流二極管D1的作用就相當于一個限幅二極管。當反電動勢的幅度高于電容器C1兩端的電壓時,整流二極管D1就導通,反電動勢就會向電容器C1充電,使變壓器初級線圈的分布電感存儲的能量向電容器轉(zhuǎn)移,從而起到降低反電動勢幅度的作用,與此同時電阻R1也會吸收一部份能量,使反電動勢的幅度進一步降低。

          電容器C1在吸收反電動勢能量的過程中,其兩端電壓也會提高,但它可以通過R1進行放電,使電容器兩端的電壓基本保持在一個合理的范圍。即:電容器C1在吸收反電動勢的能量是有條件的,只有反電動勢的的幅度超過某個值之后,它才開始吸收。正確選擇RC放電的時間常數(shù),使電容器在下次充電時的剩余電壓剛好略高于方波電壓的幅度,而電容充滿電的幅度又低于開關(guān)管的耐壓幅度,此時電源的工作效率最高。

          以上我們對開關(guān)變壓器的工作原理做了的比較詳細的分析,但對于要設計一個實際電路中使用開關(guān)變壓器來說,上面這些這些知識還遠遠不夠,因此,后面我們還會用很大的篇幅來對開關(guān)變壓器參數(shù)設計加以說明。因為,在具體電路中各種開關(guān)變壓器的技術(shù)要求或參數(shù)都是不一樣的,更多的內(nèi)容留待我們后面進行具體電路設計時再詳細介紹。




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