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自激式開關電源三個重要公式的推導與驗證

作者:葛中海(中山市技師學院,廣東中山 528400)時間:2022-07-29來源:電子產品世界收藏

摘要:本文討論了的三個重要公式與電路的諸多參數有關,它們之間存在一定的內在邏輯關系。三個重要公式的分析與推導過程,具有很強的現實意義,對于的設計、參數的變更與優選,提供理論上的重要指引。

本文引用地址:http://www.zishayishu.cn/article/202207/436841.htm

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2015 年,筆者因緣際會編寫《開關電源實例電路測試分析與設計》一書,在寫作“第三章”《自激式開關電源的原理與應用》時發現,實測的波形數據之間存在千絲萬縷的內在邏輯關系。于是,我就給這些電參量賦予相關的字母符號,然后分析推演出 3 個公式,并得到實測波形的恰當驗證。當年測試時 AC110 和 AC220 整流濾波電壓分別為 165 V 和 330 V,今次測量分別為 160 V 和 320 V。雖然眾多測試數據稍有差異,但無論過去還是現在,數據都很自洽,下面是分析推演及驗證過程。

自激式開關電源的工作于臨界導電模式(boundary conduction mode, BCM)。tON 期間次級無電流,初級電流從零線性增加,tON 結束時到達峰值 I1P ;tOFF 期間初級無電流,次級電流從峰值 I2P 線性減小,tOFF 結束時剛好降為零,以便重新開始新的周期,這是自激式開關電源核心本質。因此,它完全滿足“伏·秒”相等的原則,故此才能推導出與之相 關的三個重要公式。

圖 1 所示為自激式開關電源最基本的電路,它是根據實際電路抽離出來的側重于能量變換的部分,有關市電輸入差模與共模干擾抑制、整流濾波和反饋穩壓電路均被略去。

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圖1 自激式開關電源最基本的電路

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1 自激動式開關電源的第一個重要公式

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圖3 HP1018打印機自激式開關電源AC110供電時、負載100 Ω時工作波形

1.1 變壓器的匝比

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1.2 開關管截止時初級感應電壓

當開關管截止時次級因有電流流過而發生自感,根據變壓器工作原理,初級會因互感而產生負脈沖電壓,也稱次級向初級的反激電壓。這期間,初、次級的匝數之比仍然等于它們的電壓之比,即:

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即,開關管截止時初級繞組感應負脈沖電壓約等于 183 V。

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2 自激動式開關電源的第二個重要公式

在自激式開關電源中,開關管導通時變壓器勵磁、磁通量增大;開關管截止時,次級整流二極管 VD 導通,變壓器消磁、磁通量減小。穩定工作時,磁通量的增大量等于減小量,根據“伏·秒”相等原則,初級繞組每一匝的磁通增加量等于次級繞組每一匝的磁通減小量,即:

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自激式開關電源的與振蕩頻率沒有關系,但當電源從 AC110 V 改為 AC220 V 供電時,輔助繞組感應的正脈沖電壓加倍,經 RC 充電通路加到開關管柵極,使開關管開啟電壓提前到來,充放電速度加快、振蕩頻率升高。如圖 4(AC110 V 供電)和圖 6(AC220 V 供電)所示,在負載同為 100 Ω 時,后者的工作頻率明顯高于前者。

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參考文獻:

[1] 葛中海.開關電源實例電路測試分析與設計圖書目錄(第2版)[M].北京:電子工業出版社,2015:89-92.

(注:本文轉載自《電子產品世界》2022年7月期)



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