看透干式变压器开关电源的致命原理

我们来分析一下控制开关K关闭时的情况。在Toff期间，控制开关K断开，流经干式变压器初级线圈的电流突然变为0。由于干式变压器一次线圈回路中的电流突然变化，但干式变压器铁芯中的磁通量不能突然变化，所以需要要求流经干式变压器二次线圈回路的电流也突然变化，以抵消干式变压器一次线圈中电流的突然变化，否则干式变压器一次线圈回路中会出现很高的反电动势电压，从而击穿控制开关或干式变压器。如果干式变压器铁芯中的磁通量突然变化，干式变压器的一次线圈和二次线圈会产生无限高的反电动势，反过来会产生无限大的电流，线圈中电流产生的磁力线会抵抗磁通量的变化。因此，干式变压器铁芯中磁通量的变化较终会受到干式变压器一次线圈和二次线圈中电流的约束。因此，在控制开关k断开的Toff期间，干式变压器铁芯中的磁通量主要由干式变压器次级线圈电路中的电流决定，即：

E2=-N2 */dt=-L2 * di2/dt=i2r ——K在关断期间，公式(1-64)中的负号表示反电动势E2的极性与公式(1-62)中的相反，也就是说，当K接通和关断时，干式变压器次级线圈产生的感应电动势的极性正好相反。求解公式(1-64)的微分方程：

公式中c是常数，把初始阈值代入上面的公式很容易找到c。当控制开关k突然从接通变为断开时，干式变压器初级线圈电路中的电流突然变为零，但干式变压器铁芯中的磁通量不会突然变化。因此，在控制开关k接通期间，干式变压器次级线圈电路中的电流i2必须恰好等于电流i2(Ton)，并且干式变压器初级线圈电路中的励磁电流被转换为干式变压器次级线圈电路中的电流之和。因此，(1-65)可以写成：(1-66)，括号中的较好项表示干式变压器次级线圈电路中的电流，第二项表示干式变压器初级线圈电路中的励磁电流转换为干式变压器次级线圈电路中的电流。图1-16-a单励磁干式变压器开关电源输出电压uo等于：(1-68)Up-是反击输出电压的峰值或较大值。可以看出，在控制开关K断开的瞬间，当干式变压器的次级线圈电路的负载断开时，干式变压器的次级线圈电路会产生很高的反电动势。理论上，当时间t等于无穷大时，干式变压器次级线圈电路的输出电压将为0，但这种情况一般不会发生，因为控制开关k的关断时间不能等那么久。从公式(1-63)和(1-67)可以看出，开关电源干式变压器的工作原理与普通干式变压器不同。开关电源工作在正向励磁时，开关电源干式变压器的工作原理与普通干式变压器基本相同。当开关电源工作在反激式时，开关电源干式变压器的工作原理相当于一个储能电感。如果我们用平均值Upa和Upa-表示输出电压uo的正负半波，那么：

等式(1-71)和(1-72)被积分以得到： #p#分页标题#e#

因此，我们可以得出单励磁干式变压器开关电源输出电压的正半波和负半波面积完全相等，即用单励磁输出(1-75) (1-75)公式计算单励磁干式变压器开关电源输出电压的半波平均值，Upa和Upa-。在上面的等式(1-73)、(1-74)和(1-75)中，我们把Upa和Upa-分别定义为正半波平均和负半波平均，简称Ua和Ua-为周平均。从图1-16-b可以看出，Upa刚好等于Up，但是Upa-不等于Up-，而Upa-小于Up-半波平均值Upa和Upa-，周平均值ua和Ua-，这是分析开关电源工作原理非常重要的概念，下面经常用到，这里一定要记住清楚。在开关电源中，正向电压和反激电压同时存在，但在单模开关电源中，通常只有一个电压可以用于功率输出。这是因为单触发开关电源一般要求输出电压可调，即可以通过改变控制开关的占空比来调节开关电源的输出电压。例如正向开关电源中，只有等号(1-75)左边的Upa电压向负载提供功率输出，通过改变控制开关的占空比可以改变其输出电压的平均值；反激式开关电源中，只有等号(1-75)右侧的Upa-电压向负载提供功率输出，其输出电压的半波平均值可以通过改变控制开关的占空比来改变。在公式(1-75)中，如果等号左边的Upa视为正向电压，那么等号右边的Upa-可以视为反激电压，反之亦然。在正向开关电源中，由于只有正向电压Upa向负载提供功率输出，反激电压Upa-相当于一个需要单先回收的附件产品；在回扫开关电源中，因为只有回扫电压Upa-向负载提供功率输出，所以正向电压Upa相当于存储能量以向回扫电压Upa-提供能量输出。如果公式(1-75)中正向电压没有电流输出，则正向电压不能视为正向输出电压，但我们应该将其视为反激输出电压的一个过程，即为反激输出电压储存能量。虽然这个定义有点勉强，但主要目的是增强我们对开关电源工作原理的理解。这是因为公式(1-75)中的正向激励电压Upa和反激电压Upa-都是由流经干式变压器初级线圈的激励电流通过互感产生的磁通量产生的。然而，由激励电流产生的磁通量不直接向正向电压Upa提供能量输出，因为等式(1-71)、(1-72)、(1-73)和(1-74)中的磁通量不是由正向电压产生的，而是由激励电流本身产生的。励磁电流产生的磁通量会通过电磁感应产生正向电压，但不会

正激电流输出，即：励磁电流对正激式输出电压不提供功率输出。不管正激式输出功率或电流多大，干式变压器初级线圈中的励磁电流或磁通的变化只与输入电压和干式变压器的初级电感量有关，而与正激式输出功率或电流大小无关。 这是因为我们把干式变压器铁心中的磁通ф分成了两个部分，即：励磁电流产生的磁通和正激电流产生的磁通，来进行分析的缘故。正激输出电流产生的磁通与流过干式变压器初级线圈电流产生的磁通，方向相反，互相可以抵消，而剩下来的磁通正好就是励磁电流产生的；因此，只有励磁电流产生的磁通才会产生反激式输出电压和电流。正激式输出电压只与干式变压器的输入电压和干式变压器的初、次级线圈的匝数比有关，两种电压输出机理是不完全一样的。 在干式变压器开关电源中，正激式输出电压的计算比较简单，而反激式输出电压的计算相对来说很复杂，因此，如果没有十分必要，较好采用半波平均值的概念和（1-75）式，通过计算正激电压的半波平均值，来推算反激式输出电压的半波平均值。因此，（1-75）式主要还是用来计算反激式输出电压的半波平均值的。 另外，还需特别注意：（1-75）式中，正激电压的幅值或半波平均值是不会跟随控制开关的接通时间Ton或占空比D的改变而改变的；而反激电压的幅值或半波平均值则要跟随控制开关的接通时间Ton或占空比D的改变而改变，占空比D越大，反激电压的幅值或半波平均值就越高。正激式开关电源与反激式开关电源的区别不只是输出电压极性的不同，更重要的是干式变压器的参数要求不一样；在正激式开关电源中，反激式输出电压的能量与正激式输出电压的能量相比，一般都比较小，有时甚至可以忽略。 根据（1-63）式与半波平均值的定义，可以求得正激式开关电源输出电压为： （1-76）、（1-77）和（1-78）、（1-79）式看出： 当开关电源工作于正激式输出状态的时候，改变控制开关K的占空比D，只能改变输出电压（图1-16-b中正半周）的平均值Ua，而输出电压的幅值Up不变；当开关电源工作于反激式输出状态的时候，改变控制开关K的占空比D，不但可以改变输出电压uo（图1-16-b中负半周）的幅值Up-，而且也可以改变输出电压的平均值Ua-。 这里还需提请注意，在决定反激式开关电源输出电压的（1-78）式中，并没有使用反激输出电压较大值或峰值Up-的概念，而式使用的Up正好是正击式输出电压的峰值，这是因为反激输出电压的较大值或峰值Up-计算比较复杂（（1-68）式），并且峰值Up-的幅度不稳定，它会随着输出负载大小的变化而变化；而正击式输出电压的峰值Up则不会随着输出负载大小的变化而变化。 #p#分页标题#e#

来源：电源网