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[導讀]上面的(1-162)和(1-163)式并沒有完全考慮,開關變壓器初級線圈N1繞組產生的反電動勢對電容器C1和C2進行反充電所產生的影響。當開關變壓器初級線圈N1繞組產生的反電動勢對電

上面的(1-162)和(1-163)式并沒有完全考慮,開關變壓器初級線圈N1繞組產生的反電動勢對電容器C1和C2進行反充電所產生的影響。當開關變壓器初級線圈N1繞組產生的反電動勢對電容器C1和C2進行反充電時,相當于變壓器次級線圈N2繞組輸出電壓uo也要通過變壓比被電容器C1、C2存儲的電壓進行限幅。因此,變壓器次級線圈N2繞組輸出電壓uo中的反激式輸出電壓[uo],并不會像(1-162)和(1-163)算式所表達的結果那么高。

顯然變壓器次級線圈回路產生反電動勢的高低還與控制開關K1和K2交替接入的時間差有關,與K1和K2的接入電阻的大小還有關。一般電子開關,如晶體管或場效應管,剛開始導通的時候也不能簡單地看成是一個開關,它從截止到導通,或從導通到截止,都需要一個過渡過程,因此,它也會存在一定的開關損耗。

另外,根據(1-75)式:

Upa×Ton = Upa-×Toff —— 一個周期內 (1-75)

還可以知到,當控制開關K1和K2的占空比均等于0.5時,變壓器正激輸出電壓的半波平均值Upa與反激輸出的半波平均值Upa-基本相等。因此,只有在控制開關K2接通與控制開關K1斷開兩者之間存在時間差時,變壓器次級線圈回路才會產生非常高的反電動勢;但當控制開關K1和K2的占空比均小于0.5時,雖然反電動勢的幅度比較高,但由于正激式開關電源的勵磁電流一般都非常小(小于10%),其產生反電動勢的能量也很小。即:反電動勢脈沖的寬度很窄。

根據上面分析和(1-75)式可知,反電動勢(反激輸出電壓)的半波平均值還是遠遠小于正激電壓的半波平均值。

所以,(1-162)和(1-163)式所表示的結果,可看成是半橋式變壓器開關電源在輸出電壓中含有毛刺(輸出噪音)的表達式。

根據上面分析,在一般情況下,半橋式變壓器開關電源的輸出電壓uo,主要還是由(1-158)、(1-159)、(1-161)等式來決定。即:半橋式變壓器開關電源的輸出電壓uo,主要由開關電源變壓器次級線圈N2繞組輸出的正激電壓來決定。

 

 

 

 

 

 

圖1-37是圖1-36半橋式變壓器開關電源,在負載為純電阻,且兩個控制開關K1和K2的占空比D均等于0.5時,變壓器初、次級線圈各繞組的電壓、電流波形。

圖1-37-a)和圖1-37-b)分別表示控制開關K1接通時,開關變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓uab的波形,和流過變壓器初級線圈N1繞組兩端的電流ic1的波形;圖1-37-c)和圖1-37-d)分別表示控制開關K2接通時,開關變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓uba的波形,和流過開關變壓器初級線圈N1繞組兩端的電流ic2的波形;圖1-37-e)和圖1-37-f)分別表示控制開關K1和K2輪流接通時,開關變壓器次級線圈N2繞組兩端輸出電壓uo的波形,和流過開關變壓器次級線圈N2繞組兩端的電流波形。

從圖1-37-b)和圖1-37-d)中我們可以看出,當控制開關K1或K2接通瞬間,流過變壓器初級線圈N1繞組的電流,其初始值并不等于0,而是產生一個電流突跳,這是因為變壓器次級線圈N2繞組中有電流流過的原因。

當變壓器次級線圈N2繞組有負載電流流過時,其產生的磁通方向正好與流過變壓器次級線圈N1繞組勵磁電流產生的磁通方向相反,因此,流過變壓器初級線圈N1繞組的電流也要在原來勵磁電流的基礎上再增加一個電流,來抵消流過變壓器次級線圈N2繞組電流的影響。增加電流的大小等于流過變壓器次級線圈N2繞組電流的n倍,n為變壓器次級線圈N2繞組與初級線圈N1繞組的匝數(shù)比。

從圖1-37-f)中我們可以看出,流過開關變壓器次級線圈N2繞組兩端的電流波形是個矩形波,而不是三角波。這是因為半橋式變壓器開關電源同時存在正、反激電壓輸出的緣故。當變壓器同時存在正、反激電壓輸出時,反激式輸出的電流是由最大值開始,然后逐漸減小到最小值,如圖中虛線箭頭所示;而正激式輸出的電流則是由最小值開始,然后逐漸增加到最大值,如圖中實線箭頭所示;因此,兩者同時作用的結果,正好輸出一個矩形波。

從圖1-37-e)還可以看出,輸出電壓uo由兩個部分組成,一部分為電容器C1或C2存儲的電壓Uc1或Uc2通過變壓器初級線圈N1繞組感應到次級線圈N2繞組的正激式輸出電壓(uo),這個電壓的幅度比較穩(wěn)定,一般不會隨著時間變化而變化;另一部分為勵磁電流通過變壓器初級線圈N1繞組存儲的磁能量產生的反激式輸出電壓[uo],這個電壓會使波形產生反沖,其幅度是時間的指數(shù)函數(shù),它會隨著時間增大而變變小。

這里還需指出,圖1-37-e)中的波形有上沖,在純電阻負載中是正常的,盡管在控制開關K1或K2接通瞬間,開關變壓器初級線圈N1繞組存儲的磁能量有一部分要被電容器C1或C2吸收,待反電動勢的能量基本被吸收完后,電容器C1或C2才開始對變壓器初級線圈N1繞組供電。相當于變壓器次級線圈N2繞組輸出電壓uo也要通過變壓比被電容器C1、C2存儲的電壓進行限幅。

但由于控制開關K1、K2在剛接通瞬間有比較大的電阻,因此,變壓器次級線圈N2繞組瞬間反激輸出電壓高于正激輸出電壓是肯定的。另外,如果兩個儲能分壓電容的容量取得比較小,電源輸出電壓uo也會受電容的充放電過程影響,即:輸出電壓受Uc1或Uc2的變化調制,此時波形的上沖現(xiàn)象顯得更為嚴重。

不過在大多數(shù)情況下,最好還是采用半波平均值的概念來進行電路分析或計算,以免需要進行復雜的指數(shù)函數(shù)運算。

在實際應用中,為了防止變壓器初級線圈產生的反電動勢把開關器件擊穿,降低開關器件半導通狀態(tài)期間的損耗和半橋式變壓器開關電源輸出電壓波形的反沖幅度,一般可在圖1-36中兩個控制開關,每個控制開關的兩端都并聯(lián)一個阻尼二極管,如圖1-38所示。

 

 

在圖1-38中,D1、D2為阻尼二極管,它們分別與控制開關K1、K2并聯(lián)。當控制開關K1由接通轉換到關斷時,不管K2處于什么工作狀態(tài),接通或關斷,只要N1線圈中產生的感應電動勢e1的幅度超過電容器C2兩端的電壓Uc2,二極管D2就會導通,相當于感應電動勢e1通過二極管D2被電容C2兩端的電壓Uc2進行限幅,同時也相當于變壓器次級線圈N2繞組輸出電壓uo也要通過電磁感應被Uc2進行限幅,而二極管D2對控制開關K2的工作幾乎不受影響。

同理,當控制開關K2由接通轉換到關斷時,不管K1處于什么工作狀態(tài),只要N1線圈中產生的感應電動勢e1的幅度超過電容器C1兩端的電壓Uc1,二極管D1就會導通,感應電動勢e1就會通過二極管D1被電容器C1兩端的電壓Uc1進行限幅,這也相當于變壓器次級線圈N2繞組輸出電壓uo也要通過電磁感應被Uc2進行限幅,而二極管D2對控制開關K2的工作幾乎不受影響。

一般人們都把D1、D2稱為阻尼二極管,這是因為D1、D2沒有直接對輸出電壓uo進行限幅,而是通過變壓器初、次級之間的感應作用間接進行的。實際應用中,一般都在開關三極管的E-C或場效應管的S-D兩個電極內部封裝有一個阻尼二極管,其作用就是用來對輸出電壓反沖進行阻尼用的。阻尼二極管D1、D2的另一個作用是防止變壓器初級線圈N1繞組中產生的感應電動勢e1對控制開關K1、K2反向擊穿。

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