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开关电源原理与规划(连载二十一)开关电源电路的过渡进程

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

图1-24是把储能滤波电容器进行充电的时刻悉数凑集在一起时,储能滤波电容器按正弦曲线进行充电的电压波形。咱们能够把图1-24当作储能滤波电容器刚好用了6个作业周期就把电压充到最大值,其间,T1、T2、…T6别离代表Toff1、Toff2、…Toff6。Toff1代表作业开关第一次关断时刻,其它顺次类推。储能滤波电容器充满电后,由于整流二极管的效果,它不或许向变压器的次级线圈放电,因而,T6今后的正弦曲线不或许再持续发生。

这儿有必要指出,图1-24所示的电压波形在实践中是不存在的,由于,图1-24中的电压波形在时刻轴上是不接连的,这儿仅仅为了便于剖析,把作业开关的接通时刻Ton悉数进行紧缩了。

在实践使用中,储能滤波电容器不或许刚好用6个作业周期就能够把电压被充电到最大值,一般都要经过好十几个周期后,储能滤波电容器两头的电压才干被充电到最大值。例如:设变压器次级线圈的电感量为10微亨,储能滤波电容的容量为1000微法,由此可求得:ω = 10000,或F = 1592Hz,T = 628微秒,四分之一周期为157微秒;设开关电源的作业频率为40kHz,D = 0.5,由此可求得,T = 25微秒,半个周期为12.5微秒;最终咱们能够求得,需求经过12.56个作业周期,即314微秒后,储能滤波电容才干充满电。

上面的成果,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发生分流,使电容充电速度变慢;别的,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发生断流,假如把这些要素悉数都考虑进去,储能滤波电容充满电所需求的时刻要比上面核算成果大好几倍。

别的,反激式开关电源的占空比是依据输出电压的凹凸不断地改动的。在进行开关电源电路设计的时分,必定要注意,开关电源在输入电源刚接通时分,由于开关电源刚开端作业的时分,储能滤波电容器刚开端充电,电路会发生过渡进程;在输入电源刚接通的瞬间,储能滤波电容器两头的电压很低,输出电压也很低,经过取样控制电路的效果,或许会使作业开关的占空比很大,然后会使变压器铁心饱满,电源开关管过流或过压而损坏。

为了剖析简略,在图1-23和图1-24中,都没有把负载电流的效果考虑进去,假如考虑负载电流的效果,电容器进行充电时电压上升率会下降,一起在开关接通期间,因电容器要向负载放电,电容器两头的电压也会下降。储能滤波电容进行充电时,电容两头的电压是按正弦曲线的速率改变,而储能滤波电容进行放电时,电容两头的电压是按指数曲线的速率改变。

为了证明电容两头的电压是按指数曲线的速率改变,咱们对图1-19中的电容充放电进程进一步进行剖析。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,储能滤波电容开端对负载放电,电容放电电流由下式决议:

其间a为恣意常数,当t = 0时,电容两头的电压为Uc,为此求得:

(1-115)式便是核算电容器放电时的公式,其间 μc为电容器两头的电压, Uc为电容刚放电时的初始电压,RC为时刻常数,时刻常数一般都用τ来表明,即τ = RC。

图1-25是电容器放电时的电压改变曲线图。电容放电时,电压由最大值开端下降,当放电时刻为τ时,电容器两头的电压仅剩37%,当放电时刻为2.3τ时,电容器两头的电压仅剩10%,当放电时刻为无穷大时,电容器两头的电压为0。但在实践使用中,开关电源的作业频率一般都很高,即电容器的放、电时刻十分短,因而,电容器每次放电下降的电压相对来说十分小,电压纹波相关于输出电压只要百分之几,由于储能滤波电容的容量一般都很大。

这儿趁便指出,开关电源储能滤波电容的充、放电时刻常数一般都很大,是开关电源作业频率周期的几十倍,甚至几百倍,因而,储能滤波电容或是按正弦曲线规则充电,或是按指数规则放电,咱们都能够把它当成是按线性(直线)规则充、放电。由于,正弦曲线或指数曲线在初始阶段的曲率改变十分小。所以,前面在对开关电源的电路参数进行剖析时,基本上都是选用平均值的概念进行剖析,而且把波形基本上也都画成方波(矩形)或锯齿形。

选用平均值的办法来对很杂乱的问题进行剖析,往往能够使杂乱问题简略化,这关于工程设计或核算来说是十分简洁的,而且剖析或核算成果关于工程使用来说现已满足精确,因而,咱们后边首要都是选用这种简洁办法。

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