開關變壓器漏感Ls對分布電容充電 - 跟電源專家陶顯芳學電源技術(二):漏感與分布電容對輸出波形的影響(下)
2012年10月19日 10:38 來源:電子發燒友網 作者:陶顯芳 我要評論(0)
圖6是圖4和圖5電路中,當開關管導通時(圖4),輸入電壓ui通過開關變壓器漏感Ls對分布電容Cs進行充電,使漏感Ls與分布電容Cs產生沖擊振蕩時,分布電容Cs兩端的電壓波形;和當開關管關斷時(圖5),輸入電壓ui與開關變壓器漏感Ls和分布電容Cs、Cds產生充、放電時,電源開關管D、S極兩端的波形。
在圖6中,圖6-a是電源開關管Q1導通時,輸入電壓ui加于開關變壓器初級線圈兩端的電壓波形;圖6-b是分布電容Cs兩端的電壓波形;圖6-c,是電源開關管Q1漏極D與源極S之間的電壓波形。
在t0時刻,電源開關管Q1開始導通,輸入電壓ui加于開關變壓器兩端,輸入電壓ui首先通過分布電感Ls對分布電容Cs充電,此時,由于輸入電壓ui的上升率大于電流通過分布電感Ls對分布電容Cs進行充電的電壓上升率,所以,分布電感和分布電容都從輸入電壓吸收能量。輸入電壓ui在對分布電感Ls和分布電容Cs進行充電過程中,分布電容Cs兩端的電壓是按正弦曲線上升的;而放電時,其兩端的電壓則按余弦曲線下降。
到t1時刻,流過Ls的電流達到最大值,同時分布電容Cs兩端的電壓與輸入電壓ui相等(或與變壓器初級線圈的正激輸出半波平均值Upa相等),此時輸入電壓ui的上升率為0,輸入電壓ui的上升率小于分布電感Ls對分布電容Cs充電的電壓uc上升率,所以,分布電感Ls開始釋放能量繼續對分布電容Cs進行充電。此時,Ls在釋放能量,而輸入電壓ui和分布電容Cs都在吸收能量,分布電容Cs都兩端的電壓uc繼續按正弦曲線上升。
到t2時刻,流過Ls的電流等于0(儲存于Ls中的能量被釋放完畢),分布電感產生的反電動勢對分布電容Cs進行充電結束,此時Cs兩端的電壓也達到最大值,然后Cs開始按余弦曲線對Ls和輸入電壓ui進行放電,流過Ls的電流開始反向,Ls開始反向儲存磁能量。
到t3時刻,Cs兩端的電壓又與輸入電壓ui相等,電容停止放電,此時,Ls儲存的磁能量將轉化成反電動勢es給電容Cs進行反向充電,使Cs兩端的電壓低于輸入電壓ui。
到t4時刻,流過Ls的反向電流等于0,Cs兩端的電壓達到最低值,然后輸入電壓又開始通過Ls對Cs進行充電,至此,分布電感Ls與分布電容Cs第一個充放電周期結束。
到t4時刻之后,輸入電壓ui對分布電感Ls和分布電容Cs進行充電的過程,以及分布電感Ls和分布電容Cs互相進行充電的過程,與t0~t4時刻基本相同。但由于在此期間,輸入電壓的上升率等于0,輸入電壓不再向分布電感Ls和分布電容Cs提供能量,因此,分布電感Ls與分布電容Cs產生自由振蕩的幅度是隨著時間衰減的,其衰減速率與等效電阻大小有關。
到t10時刻,分布電感Ls與分布電容Cs產生的阻尼自由振蕩的幅度被衰減到差不多等于0,此時,分布電容Cs兩端的電壓等于變壓器初級線圈的正激輸出半波平均值Upa。關于半波平均值Upa和Upa-的計算方法及定義,請參考第一章的(1-70)和(1-71)式及說明。
在圖6-b中,Upa為變壓器初級線圈正激輸出電壓的半波平均值,此值與輸入電壓相等;Upa-為變壓器初級線圈反激輸出電壓的半波平均值,此值與占空比相關;當占空比等于0.5時,Upa-與輸入電壓在數值上相等,但符號相反。
到t11時刻,電源開關管Q1開始關斷,由于流過分布電感Ls和勵磁電感 的電流通路突然被切斷,其必然會產生反電動勢 和 ,此二反電動勢將與輸入電壓ui一起串聯對分布電容Cs和Cds進行充電。但由于Cs兩端的電壓與 電壓基本相等,因此,對分布電容Cds進行充電的電壓正好是輸入電壓ui與反電動勢電壓 和 三者之和。
到t12時刻,電源開關管Q1已經完全關斷,但二反電動勢 和 與輸入電壓ui還繼續對分布電容Cs和Cds進行充電,不過,此時Cds的容量已經變得非常小,因為它表示開關管內部的擴散電容,屬于電阻性質,當開關管完全關斷之后,阻值為無限大。
直到t13時刻,分布電感Ls儲存的磁能量基本被釋放完,二反電動勢 和 才停止對分布電容Cs和Cds繼續進行充電;此時,分布電容Cs和分布電容Cds的兩端電壓均達到了最大值,即,加到電源開關管Q1漏極上的電壓達到最大值;而后,分布電容Cs又對原充電回路進行放電,并產生自由振蕩,但由于電源開關管Q1關斷后阻抗為無效大,其放電回路只能通過等效R和勵磁電感 進行,所以振幅很快就衰減到0。圖3-c為電源開關管D、S兩端的波形。
在圖6-c中,Uda為開關管Q1關斷期間,D、S兩極之間電壓的半波平均值,Uda等于輸入電壓ui(ui=U)與變壓器初級線圈產生反激輸出電壓的半波平均值Upa-之和;Udp為開關管關斷期間D、S兩極之間電壓的峰值。Udp和Uda的值均與占空比有關,當占空比等于0.5時,Uda約等于輸入電壓ui(ui=U)的2倍,而Udp則大于輸入電壓的2倍,并且Udp的值還與漏感Ls的值大小有關,Ls的值越大,Udp的值也越大。
本文導航
- 第 1 頁:跟電源專家陶顯芳學電源技術(二):漏感與分布電容對輸出波形的影響(下)
- 第 2 頁:反激式開關電源的工作原理圖
- 第 3 頁:分布參數的性質和作用也在改變
- 第 4 頁:開關變壓器漏感Ls對分布電容充電
- 第 5 頁:開關變壓器次級線圈輸出電壓計算
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