開(kāi)關(guān)電源原理與設計(連載18)反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源
1-7.反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源
反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理比較簡(jiǎn)單,輸出電壓控制范圍比較大,因此,在一般電器設備中應用最廣泛。
1-7-1.反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源工作原理
所謂反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源,是指當變壓器的初級線(xiàn)圈正好被直流電壓激勵時(shí),變壓器的次級線(xiàn)圈沒(méi)有向負載提供功率輸出,而僅在變壓器初級線(xiàn)圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負載提供功率輸出,這種變壓器開(kāi)關(guān)電源稱(chēng)為反激式開(kāi)關(guān)電源。
圖1-19-a是反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的簡(jiǎn)單工作原理圖,圖1-19-a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),C是儲能濾波電容,R是負載電阻。圖1-19-b是反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的電壓輸出波形。
把圖1-19-a與圖1-16-a進(jìn)行比較,如果我們把圖1-16-a中開(kāi)關(guān)變壓器次級線(xiàn)圈的同名端對調一下,原來(lái)變壓器輸出電壓的正、負極性就會(huì )完全顛倒過(guò)來(lái),圖1-19-b所示的電壓輸出波形基本上就是從圖1-16-b的波形顛倒過(guò)來(lái)的。不過(guò),因為圖1-16-b的波形對應的是純電阻負載,而圖1-19-b的負載是一個(gè)儲能濾波電容和一個(gè)電阻并聯(lián)。由于儲能濾波電容的容量很大,其兩端電壓基本不變,變壓器次級線(xiàn)圈輸出電壓uo相當于被整流二極管和輸出電壓Uo進(jìn)行限幅,因此,圖1-16-b中輸出電壓uo的脈沖尖峰完全被削除,被限幅后的剩余電壓幅值正好等于輸出電壓Uo的最大值Up,同時(shí)也等于變壓器次級線(xiàn)圈輸出電壓uo的半波平均值Upa。
下面我們來(lái)詳細分析反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程(參考圖1-20)。
圖1-19-a中,在控制開(kāi)關(guān)K接通的Ton期間,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,但由于整流二極管的作用,沒(méi)有產(chǎn)生回路電流。相當于變壓器次級線(xiàn)圈開(kāi)路,變壓器次級線(xiàn)圈相當于一個(gè)電感。因此,流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的電流就是變壓器的勵磁電流,變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢可由下式表示:
e1 = L1di/dt = Ui —— K接通期間 (1-98)
或
e1 = N1dф/dt = Ui —— K接通期間 (1-99)
上式中,e1為變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢,L1是變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的電感,N1為變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組線(xiàn)圈繞組的匝數, ф為變壓器鐵心中的磁通。對(1-98)和(1-99)式進(jìn)行積分,由此可求得:
i1 =Ui*t/L1 +i(0) —— K接通期間 (1-100)
ф=Ui*t/N1 +ф (0) —— K關(guān)斷瞬間 (1-101)
上式中,i1是流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的電流, ф為變壓器鐵心中的磁通;i1(0)為變壓器初級線(xiàn)圈中的初始電流,即:控制開(kāi)關(guān)剛接通瞬間流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的電流; ф(0)為初始磁通,即:控制開(kāi)關(guān)剛接通瞬間變壓器鐵心中的磁通。當開(kāi)關(guān)電源工作于輸出臨界連續電流狀態(tài)時(shí),這里的i1(0)正好0,而 ф(0)正好等于剩磁通S?Br。當控制開(kāi)關(guān)K將要關(guān)斷,且開(kāi)關(guān)電源工作于輸出電流臨界連續狀態(tài)時(shí),i1和 均達到最大值:
i1m =Ui*Ton/L1 —— K關(guān)斷瞬間 (1-102)
Фm=Ui*Ton/N1 +S?Br = S?Bm —— K關(guān)斷瞬間 (1-103)
(1-102)、(1-103)式中,i1m為流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的最大電流,即:控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷瞬間前流過(guò)變壓器初級線(xiàn)圈N1繞組的電流; фm為變壓器鐵心中的最大磁通,即:控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷瞬間前變壓器鐵心中的磁通,S為變壓器鐵心導磁面積,Br為剩余磁感應強度,Bm為最大磁感應強度。
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