正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理

正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理

正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負載特性，相對來(lái)說(shuō)比較好，因此，工作比較穩定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動(dòng)，在一些對輸出電壓參數要求比較高的場(chǎng)合，經(jīng)常使用。

1-6-1.正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理

所謂正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源，是指當變壓器的初級線(xiàn)圈正在被直流電壓激勵時(shí)，變壓器的次級線(xiàn)圈正好有功率輸出。

圖1-17是正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的簡(jiǎn)單工作原理圖，圖1-17中Ui是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓，T是開(kāi)關(guān)變壓器，K是控制開(kāi)關(guān)，L是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續流二極管，D3是削反峰二極管，R是負載電阻。

在圖1-17中，需要特別注意的是開(kāi)關(guān)變壓器初、次級線(xiàn)圈的同名端。如果把開(kāi)關(guān)變壓器初線(xiàn)圈或次級線(xiàn)圈的同名端弄反，圖1-17就不再是正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源了。

我們從(1-76)和(1-77)兩式可知，改變控制開(kāi)關(guān)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。因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源用于穩壓電源，只能采用電壓平均值輸出方式。

圖1-17中，儲能濾波電感L和儲能濾波電容C，還有續流二極管D2，就是電壓平均值輸出濾波電路。其工作原理與圖1-2的串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源電壓濾波輸出電路完全相同，這里不再贅述。關(guān)于電壓平均值輸出濾波電路的詳細工作原理，請參看“1-2.串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源”部分中的“串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源電壓濾波輸出電路”內容。

正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷的瞬間開(kāi)關(guān)電源變壓器的初、次線(xiàn)圈繞組都會(huì )產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢，這個(gè)反電動(dòng)勢是由流過(guò)變壓器初線(xiàn)圈繞組的勵磁電流存儲的磁能量產(chǎn)生的。因此，在圖1-17中，為了防止在控制開(kāi)關(guān)K關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電動(dòng)勢擊穿開(kāi)關(guān)器件，在開(kāi)關(guān)電源變壓器中增加一個(gè)反電動(dòng)勢能量吸收反饋線(xiàn)圈N3繞組，以及增加了一個(gè)削反峰二極管D3。

反饋線(xiàn)圈N3繞組和削反峰二極管D3對于正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源是十分必要的，一方面，反饋線(xiàn)圈N3繞組產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢通過(guò)二極管D3可以對反電動(dòng)勢進(jìn)行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進(jìn)行充電;另一方面，流過(guò)反饋線(xiàn)圈N3繞組中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場(chǎng)強度恢復到初始狀態(tài)。

由于控制開(kāi)關(guān)突然關(guān)斷，流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的勵磁電流突然為0，此時(shí)，流過(guò)反饋線(xiàn)圈N3繞組中的電流正好接替原來(lái)勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應強度由最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度Br位置，即：流過(guò)反饋線(xiàn)圈N3繞組中電流是由最大值逐步變化到0的。由此可知，反饋線(xiàn)圈N3繞組產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢在對電源進(jìn)行充電的同時(shí)，流過(guò)反饋線(xiàn)圈N3繞組中的電流也在對變壓器鐵心進(jìn)行退磁。

圖1-18是圖1-17中正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的電壓、電流波形圖。圖1-18-a)是變壓器次級線(xiàn)圈N2繞組整流輸出電壓波形，圖1-18-b)是變壓器次級線(xiàn)圈N3繞組整流輸出電壓波形，圖1-18-c)是流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組和次級線(xiàn)圈N3繞組的電流波形。

圖1-17中，在Ton期間，控制開(kāi)關(guān)K接通，輸入電源Ui對變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組加電，初級線(xiàn)圈N1繞組有電流i1流過(guò)，在N1兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢的同時(shí)，在變壓器次級線(xiàn)圈N2繞組的兩端也同時(shí)產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，并向負載提供輸出電壓。開(kāi)關(guān)變壓器次級線(xiàn)圈輸出電壓大小由(1-63)、(1-69)、(1-76)、(1-77)等式給出，電壓輸出波形如圖1-18-a)。

圖1-18-c)是流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈電流i1的波形。流過(guò)正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的電流與流過(guò)電感線(xiàn)圈的電流不同，流過(guò)正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器中的電流有突變，而流過(guò)電感線(xiàn)圈的電流不能突變。因此，在控制開(kāi)關(guān)K接通瞬間流過(guò)正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的電流立刻就可以達到某個(gè)穩定值，這個(gè)穩定電流值是與變壓器次級線(xiàn)圈電流大小相關(guān)的。如果我們把這個(gè)電流記為i10，變壓器次級線(xiàn)圈電流為i2，那么就是：i10 = n i2 ，其中n為變壓器次級電壓與初級電壓比。

另外，流過(guò)正激式開(kāi)關(guān)電源變壓器的電流i1除了i10之外還有一個(gè)勵磁電流，我們把勵磁電流記為i1。從圖1-18-c)中可以看出，i1就是i1中隨著(zhù)時(shí)間線(xiàn)性增長(cháng)的部份，勵磁電流i1由下式給出：

i1 = Ui*t/L1 —— K接通期間 (1-80)

當控制開(kāi)關(guān)K由接通突然轉為關(guān)斷瞬間，流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈的電流i1突然為0，由于變壓器鐵心中的磁通量ф 不能突變，必須要求流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈回路的電流也跟著(zhù)突變，以抵消變壓器初級線(xiàn)圈電流突變的影響，要么，在變壓器初級線(xiàn)圈回路中將出現非常高的反電動(dòng)勢電壓，把控制開(kāi)關(guān)或變壓器擊穿。

如果變壓器鐵心中的磁通 產(chǎn)生突變，變壓器的初、次級線(xiàn)圈就會(huì )產(chǎn)生無(wú)限高的反電動(dòng)勢，反電動(dòng)勢又會(huì )產(chǎn)生無(wú)限大的電流，而電流又會(huì )抵制磁通的變化，因此，變壓器鐵心中的磁通變化，最終還是要受到變壓器初、次級線(xiàn)圈中的電流來(lái)約束的。

因此，控制開(kāi)關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉為關(guān)斷，變壓器初級線(xiàn)圈回路中的電流突然為0時(shí)，變壓器次級線(xiàn)圈回路中的電流i2一定正好等于控制開(kāi)關(guān)K接通期間的電流i2(Ton+)，與變壓器初級線(xiàn)圈勵磁電流i1被折算到變壓器次級線(xiàn)圈的電流之和。但由于變壓器初級線(xiàn)圈中勵磁電流i1被折算到變壓器次級線(xiàn)圈的電流i1/n的方向與原來(lái)變壓器次級線(xiàn)圈的電流i2(Ton+)的方向是相反的，整流二極管D1對電流i1/n并不導通，因此，電流i1/n只能通過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈N3繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢，經(jīng)整流二極管D3向輸入電壓Ui進(jìn)行反充電。

在Ton期間，由于開(kāi)關(guān)電源變壓器的電流的i10等于0，變壓器次級線(xiàn)圈N2繞組回路中的電流i2自然也等于0，所以，流過(guò)變壓器次級線(xiàn)圈N3繞組中的電流，只有變壓器初級線(xiàn)圈中勵磁電流i1被折算到變壓器次級線(xiàn)圈N3繞組回路中的電流i3 (等于i1/n)，這個(gè)電流的大小是隨著(zhù)時(shí)間下降的。