開(kāi)關(guān)電源原理與設計（連載20）開(kāi)關(guān)電源電路的過(guò)渡過(guò)程

1-7-2．開(kāi)關(guān)電源電路的過(guò)渡過(guò)程

前面我們分析過(guò)的所有開(kāi)關(guān)電源電路，很少提到電路過(guò)渡過(guò)程的概念，實(shí)際上，在開(kāi)關(guān)電源電路中，工作開(kāi)關(guān)的接通和關(guān)段，電路中電流和電壓的變化過(guò)程，都是屬于電路過(guò)渡過(guò)程，但我們?yōu)榱朔治龊?jiǎn)單，都把電路的過(guò)渡過(guò)程基本忽略掉了。如果認真對開(kāi)關(guān)電源電路進(jìn)行分析，輸出電路中的電流一般都不是線(xiàn)性的或鋸齒波；輸出電壓也不是一個(gè)矩形波或鋸齒波，我們把它們當成矩形波或鋸齒波，只是在一個(gè)特定條件或范圍內，把它們的變化率或數值當成了一個(gè)平均值來(lái)看待。

在具有電感、電容、電阻的電路中，發(fā)生電路過(guò)渡過(guò)程的電壓、電流一般都是按指數函數的曲線(xiàn)規律變化，正弦或者余弦函數是指數函數的特殊情況。在具有過(guò)渡過(guò)程的電路中，我們不能簡(jiǎn)單地用正弦波電路的計算方法來(lái)分析，用付氏變換的方法也很難分析出精確結果。用微分方程對電路過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行分析是最好的方法。

在電路的過(guò)渡過(guò)程中，一定要考慮電壓或電流的初始值，只有當初始值基本為0或趨于某個(gè)固定值時(shí)，才可認為電路的過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)進(jìn)入穩定狀態(tài)，但嚴格來(lái)說(shuō)，這種情況在開(kāi)關(guān)電源電路中不存在。因為，開(kāi)關(guān)電源中的工作開(kāi)關(guān)總是不斷地在接通與關(guān)斷兩中工作狀態(tài)之間來(lái)回轉換，并且占空比D時(shí)刻都在改變，它不可能出現一個(gè)穩定值。然而，我們可以把開(kāi)關(guān)電源當成一種特殊情況來(lái)處理，或把開(kāi)關(guān)電源電路中，電壓或電流的初始值反復出現時(shí)，就可以認為開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)工作于穩定狀態(tài)。

例如，當開(kāi)關(guān)電源在一個(gè)或兩個(gè)工作周期內，對應于工作開(kāi)關(guān)接通或關(guān)閉的瞬間，某電路的電壓或電流的初始值基本相等，或很接近時(shí)，我們就可以認為，開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)進(jìn)入了穩定工作狀態(tài)。

當開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入工作穩定狀態(tài)以后，為了簡(jiǎn)單，我們一般都用電壓或電流的其平均值或半波平均值來(lái)進(jìn)行電路電路計算或分析。例如，我們在計算流過(guò)負載的電流時(shí)，一般都是利用輸出電壓的平均值Uo來(lái)進(jìn)行計算，很少考慮輸出電壓紋波對負載的影響，計算負載電流的結果就是流過(guò)負載電流的平均值Io。

然而，在開(kāi)關(guān)電源的設計中，開(kāi)關(guān)電源開(kāi)機時(shí)刻的過(guò)渡過(guò)程也是不可忽視的，因為，儲能濾波電容存儲的電荷為0，需要很多個(gè)工作周期以后，儲能濾波電容才能充滿(mǎn)電，其兩端電壓才基本穩定，開(kāi)關(guān)電源才能進(jìn)入穩定工作狀態(tài)。下面，我們來(lái)詳細分析開(kāi)關(guān)電源開(kāi)機時(shí)刻的過(guò)渡過(guò)程。

圖1-19中，當工作開(kāi)關(guān)由接通轉為關(guān)斷時(shí)，開(kāi)關(guān)電源變壓器次級線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢為：

式中，q為電容存儲的電荷量，C1和C2為待定系數，ω = ，為角頻率，即電容器充放電的速率。這里為了簡(jiǎn)化在不容易混淆的情況下我們經(jīng)常把電感L和電容C的下標省去。