看透干式變壓器開關電源的致命原理

我們來分析一下控制開關K關閉時的情況。在Toff期間，控制開關K斷開，流經干式變壓器初級線圈的電流突然變為0。由于干式變壓器一次線圈回路中的電流突然變化，但干式變壓器鐵芯中的磁通量不能突然變化，所以需要要求流經干式變壓器二次線圈回路的電流也突然變化，以抵消干式變壓器一次線圈中電流的突然變化，否則干式變壓器一次線圈回路中會出現很高的反電動勢電壓，從而擊穿控制開關或干式變壓器。如果干式變壓器鐵芯中的磁通量突然變化，干式變壓器的一次線圈和二次線圈會產生無限高的反電動勢，反過來會產生無限大的電流，線圈中電流產生的磁力線會抵抗磁通量的變化。因此，干式變壓器鐵芯中磁通量的變化較終會受到干式變壓器一次線圈和二次線圈中電流的約束。因此，在控制開關k斷開的Toff期間，干式變壓器鐵芯中的磁通量主要由干式變壓器次級線圈電路中的電流決定，即：

E2=-N2 */dt=-L2 * di2/dt=i2r ——K在關斷期間，公式(1-64)中的負號表示反電動勢E2的極性與公式(1-62)中的相反，也就是說，當K接通和關斷時，干式變壓器次級線圈產生的感應電動勢的極性正好相反。求解公式(1-64)的微分方程：

公式中c是常數，把初始閾值代入上面的公式很容易找到c。當控制開關k突然從接通變為斷開時，干式變壓器初級線圈電路中的電流突然變為零，但干式變壓器鐵芯中的磁通量不會突然變化。因此，在控制開關k接通期間，干式變壓器次級線圈電路中的電流i2必須恰好等于電流i2(Ton)，并且干式變壓器初級線圈電路中的勵磁電流被轉換為干式變壓器次級線圈電路中的電流之和。因此，(1-65)可以寫成：(1-66)，括號中的較好項表示干式變壓器次級線圈電路中的電流，第二項表示干式變壓器初級線圈電路中的勵磁電流轉換為干式變壓器次級線圈電路中的電流。圖1-16-a單勵磁干式變壓器開關電源輸出電壓uo等于：(1-68)Up-是反擊輸出電壓的峰值或較大值。可以看出，在控制開關K斷開的瞬間，當干式變壓器的次級線圈電路的負載斷開時，干式變壓器的次級線圈電路會產生很高的反電動勢。理論上，當時間t等于無窮大時，干式變壓器次級線圈電路的輸出電壓將為0，但這種情況一般不會發生，因為控制開關k的關斷時間不能等那么久。從公式(1-63)和(1-67)可以看出，開關電源干式變壓器的工作原理與普通干式變壓器不同。開關電源工作在正向勵磁時，開關電源干式變壓器的工作原理與普通干式變壓器基本相同。當開關電源工作在反激式時，開關電源干式變壓器的工作原理相當于一個儲能電感。如果我們用平均值Upa和Upa-表示輸出電壓uo的正負半波，那么：

等式(1-71)和(1-72)被積分以得到： #p#分頁標題#e#

因此，我們可以得出單勵磁干式變壓器開關電源輸出電壓的正半波和負半波面積完全相等，即用單勵磁輸出(1-75) (1-75)公式計算單勵磁干式變壓器開關電源輸出電壓的半波平均值，Upa和Upa-。在上面的等式(1-73)、(1-74)和(1-75)中，我們把Upa和Upa-分別定義為正半波平均和負半波平均，簡稱Ua和Ua-為周平均。從圖1-16-b可以看出，Upa剛好等于Up，但是Upa-不等于Up-，而Upa-小于Up-半波平均值Upa和Upa-，周平均值ua和Ua-，這是分析開關電源工作原理非常重要的概念，下面經常用到，這里一定要記住清楚。在開關電源中，正向電壓和反激電壓同時存在，但在單模開關電源中，通常只有一個電壓可以用于功率輸出。這是因為單觸發開關電源一般要求輸出電壓可調，即可以通過改變控制開關的占空比來調節開關電源的輸出電壓。例如正向開關電源中，只有等號(1-75)左邊的Upa電壓向負載提供功率輸出，通過改變控制開關的占空比可以改變其輸出電壓的平均值；反激式開關電源中，只有等號(1-75)右側的Upa-電壓向負載提供功率輸出，其輸出電壓的半波平均值可以通過改變控制開關的占空比來改變。在公式(1-75)中，如果等號左邊的Upa視為正向電壓，那么等號右邊的Upa-可以視為反激電壓，反之亦然。在正向開關電源中，由于只有正向電壓Upa向負載提供功率輸出，反激電壓Upa-相當于一個需要單先回收的附件產品；在回掃開關電源中，因為只有回掃電壓Upa-向負載提供功率輸出，所以正向電壓Upa相當于存儲能量以向回掃電壓Upa-提供能量輸出。如果公式(1-75)中正向電壓沒有電流輸出，則正向電壓不能視為正向輸出電壓，但我們應該將其視為反激輸出電壓的一個過程，即為反激輸出電壓儲存能量。雖然這個定義有點勉強，但主要目的是增強我們對開關電源工作原理的理解。這是因為公式(1-75)中的正向激勵電壓Upa和反激電壓Upa-都是由流經干式變壓器初級線圈的激勵電流通過互感產生的磁通量產生的。然而，由激勵電流產生的磁通量不直接向正向電壓Upa提供能量輸出，因為等式(1-71)、(1-72)、(1-73)和(1-74)中的磁通量不是由正向電壓產生的，而是由激勵電流本身產生的。勵磁電流產生的磁通量會通過電磁感應產生正向電壓，但不會

正激電流輸出，即：勵磁電流對正激式輸出電壓不提供功率輸出。不管正激式輸出功率或電流多大，干式變壓器初級線圈中的勵磁電流或磁通的變化只與輸入電壓和干式變壓器的初級電感量有關，而與正激式輸出功率或電流大小無關。 這是因為我們把干式變壓器鐵心中的磁通ф分成了兩個部分，即：勵磁電流產生的磁通和正激電流產生的磁通，來進行分析的緣故。正激輸出電流產生的磁通與流過干式變壓器初級線圈電流產生的磁通，方向相反，互相可以抵消，而剩下來的磁通正好就是勵磁電流產生的；因此，只有勵磁電流產生的磁通才會產生反激式輸出電壓和電流。正激式輸出電壓只與干式變壓器的輸入電壓和干式變壓器的初、次級線圈的匝數比有關，兩種電壓輸出機理是不完全一樣的。 在干式變壓器開關電源中，正激式輸出電壓的計算比較簡單，而反激式輸出電壓的計算相對來說很復雜，因此，如果沒有十分必要，較好采用半波平均值的概念和（1-75）式，通過計算正激電壓的半波平均值，來推算反激式輸出電壓的半波平均值。因此，（1-75）式主要還是用來計算反激式輸出電壓的半波平均值的。 另外，還需特別注意：（1-75）式中，正激電壓的幅值或半波平均值是不會跟隨控制開關的接通時間Ton或占空比D的改變而改變的；而反激電壓的幅值或半波平均值則要跟隨控制開關的接通時間Ton或占空比D的改變而改變，占空比D越大，反激電壓的幅值或半波平均值就越高。正激式開關電源與反激式開關電源的區別不只是輸出電壓極性的不同，更重要的是干式變壓器的參數要求不一樣；在正激式開關電源中，反激式輸出電壓的能量與正激式輸出電壓的能量相比，一般都比較小，有時甚至可以忽略。 根據（1-63）式與半波平均值的定義，可以求得正激式開關電源輸出電壓為： （1-76）、（1-77）和（1-78）、（1-79）式看出： 當開關電源工作于正激式輸出狀態的時候，改變控制開關K的占空比D，只能改變輸出電壓（圖1-16-b中正半周）的平均值Ua，而輸出電壓的幅值Up不變；當開關電源工作于反激式輸出狀態的時候，改變控制開關K的占空比D，不但可以改變輸出電壓uo（圖1-16-b中負半周）的幅值Up-，而且也可以改變輸出電壓的平均值Ua-。 這里還需提請注意，在決定反激式開關電源輸出電壓的（1-78）式中，并沒有使用反激輸出電壓較大值或峰值Up-的概念，而式使用的Up正好是正擊式輸出電壓的峰值，這是因為反激輸出電壓的較大值或峰值Up-計算比較復雜（（1-68）式），并且峰值Up-的幅度不穩定，它會隨著輸出負載大小的變化而變化；而正擊式輸出電壓的峰值Up則不會隨著輸出負載大小的變化而變化。 #p#分頁標題#e#

來源：電源網