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开关三极管

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并且把波形基本上也都画成方波(矩形)或锯齿形

发布时间:2019-05-26

  图1-24是把储能滤波电容器进行充电的时间全部拼凑在一起时,储能滤波电容器按正弦曲线进行充电的电压波形。我们可以把图1-24看成储能滤波电容器刚好用了6个工作周期就把电压充到最大值,其中,T1、T2、T6分别代表Toff1、Toff2、Toff6。Toff1代表工作开关第一次关断时间,其它依次类推。储能滤波电容器充满电后,由于整流二极管的作用,它不可能向变压器的次级线以后的正弦曲线不可能再继续发生。

  这里必须指出,图1-24所示的电压波形在现实中是不存在的,因为,图1-24中的电压波形在时间轴上是不连续的,这里只是为了便于分析,把工作开关的接通时间Ton全部进行压缩了。

  在实际应用中,储能滤波电容器不可能刚好用6个工作周期就可以把电压被充电到最大值,一般都要经过好十几个周期后,储能滤波电容器两端的电压才能被充电到最大值。例如:设变压器次级线微亨,储能滤波电容的容量为1000微法,由此可求得: = 10000,或F = 1592Hz,T = 628微秒,四分之一周期为157微秒;设开关电源的工作频率为40kHz,D = 0.5,由此可求得,T = 25微秒,半个周期为12.5微秒;最后我们可以求得,需要经过12.56个工作周期,即314微秒后,储能滤波电容才能充满电。

  上面的结果,还没有考虑负载电流对储能滤波电容充电的影响。由于负载电流会对储能滤波电容充电产生分流,使电容充电速度变慢;另外,反激式开关电源的占空比一般都小于0.5,会使变压器次级线圈输出电流产生断流,如果把这些因素全部都考虑进去,储能滤波电容充满电所需要的时间要比上面计算结果大好几倍。

  另外,反激式开关电源的占空比是根据输出电压的高低不断地改变的。在进行开关电源电路设计的时候,一定要注意,开关电源在输入电源刚接通时候,由于开关电源刚开始工作的时候,储能滤波电容器刚开始充电,电路会产生过渡过程;在输入电源刚接通的瞬间,储能滤波电容器两端的电压很低,输出电压也很低,通过取样控制电路的作用,可能会使工作开关的占空比很大,从而会使变压器铁心饱和,电源开关管过流或过压而损坏。

  为了分析简单,在图1-23和图1-24中,都没有把负载电流的作用考虑进去,如果考虑负载电流的作用,电容器进行充电时电压上升率会降低,同时在开关接通期间,因电容器要向负载放电,电容器两端的电压也会下降。储能滤波电容进行充电时,电容两端的电压是按正弦曲线的速率变化,而储能滤波电容进行放电时,电容两端的电压是按指数曲线的速率变化。

  为了证明电容两端的电压是按指数曲线中的电容充放电过程进一步进行分析。当开关接通时,由于变压器次级线圈输出电压极性相反使整流二极管反偏截止,储能滤波电容开始对负载放电,电容放电电流由下式决定:

  (1-115)式就是计算电容器放电时的公式,其中 c为电容器两端的电压, Uc为电容刚放电时的初始电压,RC为时间常数,时间常数一般都用来表示,即 = RC。

  图1-25是电容器放电时的电压变化曲线图。电容放电时,电压由最大值开始下降,当放电时间为时,电容器两端的电压仅剩37%,当放电时间为2.3时,电容器两端的电压仅剩10%,当放电时间为无穷大时,电容器两端的电压为0。但在实际应用中,开关电源的工作频率一般都很高,即电容器的放、电时间非常短,因此,电容器每次放电下降的电压相对来说非常小,电压纹波相对于输出电压只有百分之几,因为储能滤波电容的容量一般都很大。

  这里顺便指出,开关电源储能滤波电容的充、放电时间常数一般都很大,是开关电源工作频率周期的几十倍,乃至几百倍,因此,储能滤波电容或是按正弦曲线规律充电,或是按指数规律放电,我们都可以把它当成是按线性(直线)规律充、放电。因为,正弦曲线或指数曲线在初始阶段的曲率变化非常小。所以,前面在对开关电源的电路参数进行分析时,基本上都是采用平均值的概念进行分析,并且把波形基本上也都画成方波(矩形)或锯齿形。

  采用平均值的方法来对很复杂的问题进行分析,往往可以使复杂问题简单化,这对于工程设计或计算来说是非常简便的,并且分析或计算结果对于工程应用来说已经足够准确,因此,我们后面主要都是采用这种简便方法。

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