正激開關(guān)電源變壓器工作原理

1、正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性，相對(duì)來說比較好，因 此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動(dòng)，在一些對(duì)輸出電壓參數(shù)要求比較高的場(chǎng)合， 經(jīng)常使用。1-6-1.正激式變壓器開關(guān)電源工作原理所謂正激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次 級(jí)線圈正好有功率輸出。圖1-17是正激式變壓器開關(guān)電源的簡(jiǎn)單工作原理圖，圖1-17中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓， T是開關(guān)變壓器，K是控制開關(guān)，L是儲(chǔ)能濾波電感，C是儲(chǔ)能濾波電容，D2是續(xù)流二極管， D3是削反峰二極管，R是負(fù)載電阻。在圖1-17中，需要特別注意的是開關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的同名端。如果把開

2、關(guān)變壓器初 線圈或次級(jí)線圈的同名端弄反，圖1-17就不再是正激式變壓器開關(guān)電源了。我們從（1-76）和（1-77）兩式可知，改變控制開關(guān)K的占空比D，只能改變輸出電壓（圖 1-16-b中正半周）的平均值Ua，而輸出電壓的幅值Up不變。因此，正激式變壓器開關(guān)電 源用于穩(wěn)壓電源，只能采用電壓平均值輸出方式。圖1-17中，儲(chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容C，還有續(xù)流二極管D2,就是電壓平均值輸出 濾波電路。其工作原理與圖1-2的串聯(lián)式開關(guān)電源電壓濾波輸出電路完全相同，這里不再贅 述。關(guān)于電壓平均值輸出濾波電路的詳細(xì)工作原理，請(qǐng)參看“ 1-2 .串聯(lián)式開關(guān)電源”部分 中的“串聯(lián)式開關(guān)電源電壓濾波輸出電路”

3、內(nèi)容。正激式變壓器開關(guān)電源有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是在控制開關(guān)K關(guān)斷的瞬間開關(guān)電源變壓器的 初、次線圈繞組都會(huì)產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)是由流過變壓器初線圈繞組的勵(lì)磁 電流存儲(chǔ)的磁能量產(chǎn)生的。因此，在圖1-17中，為了防止在控制開關(guān)K關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電 動(dòng)勢(shì)擊穿開關(guān)器件，在開關(guān)電源變壓器中增加一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)能量吸收反饋線圈N3繞組，以 及增加了一個(gè)削反峰二極管D3。反饋線圈N3繞組和削反峰二極管D3對(duì)于正激式變壓器開 關(guān)電源是十分必要的，一方面，反饋線圈N3繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過二極管D3可以對(duì)反 電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行限幅，并把限幅能量返回給電源，對(duì)電源進(jìn)行充電；另一方面，流過反饋線圈 N3繞組中的電流

4、產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度恢復(fù)到 初始狀態(tài)。由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流突然為0，此時(shí)，流過 反饋線圈N3繞組中的電流正好接替原來勵(lì)磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由 最大值Bm返回到剩磁所對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Br位置，即：流過反饋線圈N3繞組中電流是由 最大值逐步變化到0的。由此可知，反饋線圈N3繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在對(duì)電源進(jìn)行充電 的同時(shí)，流過反饋線圈N3繞組中的電流也在對(duì)變壓器鐵心進(jìn)行退磁。圖1-18是圖1-17中正激式變壓器開關(guān)電源中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的電壓、電流波形圖。圖1-18-a） 是變壓器次級(jí)線圈N2繞組整流輸出電壓波形，圖1-

5、18-b）是變壓器次級(jí)線圈N3繞組整流 輸出電壓波形，圖1-18-c）是流過變壓器初級(jí)線圈N1繞組和次級(jí)線圈N3繞組的電流波形。 圖1-17中，在Ton期間，控制開關(guān)K接通，輸入電源Ui對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1繞組加電， 初級(jí)線圈N1繞組有電流i1流過，在N1兩端產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)的同時(shí)，在變壓器次級(jí)線圈N2 繞組的兩端也同時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并向負(fù)載提供輸出電壓。開關(guān)變壓器次級(jí)線圈輸出電壓 大小由（1-63）、（1-69）、（1-76）、（1-77）等式給出，電壓輸出波形如圖1-18-a）。圖1-18-c）是流過變壓器初級(jí)線圈電流i1的波形。流過正激式開關(guān)電源變壓器的電流與流 過電感線圈的電流不同，流

6、過正激式開關(guān)電源變壓器中的電流有突變，而流過電感線圈的電 流不能突變。因此，在控制開關(guān)K接通瞬間流過正激式開關(guān)電源變壓器的電流立刻就可以達(dá) 到某個(gè)穩(wěn)定值，這個(gè)穩(wěn)定電流值是與變壓器次級(jí)線圈電流大小相關(guān)的。如果我們把這個(gè)電流 記為i10，變壓器次級(jí)線圈電流為i2,那么就是：i10 = n i2，其中n為變壓器次級(jí)電壓 與初級(jí)電壓比。另外，流過正激式開關(guān)電源變壓器的電流i1除了 i10之外還有一個(gè)勵(lì)磁電流，我們把勵(lì)磁 電流記為Ai10從圖1-18-c）中可以看出，Ai1就是i1中隨著時(shí)間線性增長(zhǎng)的部份，勵(lì)磁電 流Ai1由下式給出：Ai1 = Ui*t/L1 K 接通期間（1-80）當(dāng)控制開關(guān)K由接通

7、突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷瞬間，流過變壓器初級(jí)線圈的電流i1突然為0，由于變 壓器鐵心中的磁通量。不能突變，必須要求流過變壓器次級(jí)線圈回路的電流也跟著突變， 以抵消變壓器初級(jí)線圈電流突變的影響，要么，在變壓器初級(jí)線圈回路中將出現(xiàn)非常高的反 電動(dòng)勢(shì)電壓，把控制開關(guān)或變壓器擊穿。如果變壓器鐵心中的磁通產(chǎn)生突變，變壓器的初、次級(jí)線圈就會(huì)產(chǎn)生無限高的反電動(dòng)勢(shì)， 反電動(dòng)勢(shì)又會(huì)產(chǎn)生無限大的電流，而電流又會(huì)抵制磁通的變化，因此，變壓器鐵心中的磁通 變化，最終還是要受到變壓器初、次級(jí)線圈中的電流來約束的。因此，控制開關(guān)K由接通狀 態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷，變壓器初級(jí)線圈回路中的電流突然為0時(shí)，變壓器次級(jí)線圈回路中的電流一定正好等于控

8、制開關(guān)K接通期間的電流i2（Ton+），與變壓器初級(jí)線圈勵(lì)磁電齡譏被 折算到變壓器次級(jí)線圈的電流之和。但由于變壓器初級(jí)線圈中勵(lì)磁電流Ail被折算到變壓器 次級(jí)線圈的電流Ail/n的方向與原來變壓器次級(jí)線圈的電流i2（Ton+）的方向是相反的，整流 二極管D1對(duì)電流Ail/n并不導(dǎo)通，因此，電流Ail/n只能通過變壓器次級(jí)線圈N3繞組產(chǎn)生 的反電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流二極管D3向輸入電壓Ui進(jìn)行反充電。在Ton期間，由于開關(guān)電源變壓器的電流的i10等于0，變壓器次級(jí)線圈N2繞組回路中的 電流i2自然也等于0，所以，流過變壓器次級(jí)線圈N3繞組中的電流，只有變壓器初級(jí)線圈 中勵(lì)磁電流Ail被折算到變壓器次級(jí)線

9、圈N3繞組回路中的電流i3 （等于Ail/n），這個(gè)電流 的大小是隨著時(shí)間下降的。一般正激式開關(guān)電源變壓器的初級(jí)線圈匝數(shù)與次級(jí)反電動(dòng)勢(shì)能量 吸收反饋線圈N3繞組的匝數(shù)是相等的，即：初、次級(jí)線圈匝數(shù)比為：l ： l，因此，Ail = i3。圖l-l8-c）中，i3用虛線表示。圖l-l8-b）正激式開關(guān)電源變壓器次級(jí)反電動(dòng)勢(shì)能 量吸收反饋線圈N3繞組的電壓波形。這里取變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比為：l ： l，因此， 當(dāng)次級(jí)線圈N3繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓超過輸入電壓Ui時(shí)，整流二極管D3就導(dǎo)通，反電 動(dòng)勢(shì)電壓就被輸入電壓Ui和整流二極管D3進(jìn)行限幅，并把限幅時(shí)流過整流二極管的電流送 回供電回路對(duì)電源或

10、儲(chǔ)能濾波電容進(jìn)行充電。精確計(jì)算電流i3的大小，可以根據(jù)（l-80） 式以及下面方程式求得，當(dāng)控制開關(guān)K關(guān)閉時(shí)：e3 = L3*di/dt = Ui K 接通期間（l-8l）i3 = （Ui*Ton/nL1）- Ui*t/L3 K 關(guān)斷期間 （1-82）上式中右邊的第一項(xiàng)就是流過變壓器初級(jí)線圈N1繞組中的最大勵(lì)磁電流被折算到次級(jí)線圈 N3繞組中的電流，第二項(xiàng)是i3中隨著時(shí)間變化的分量。其中n為變壓器次級(jí)線圈與初級(jí)線 圈的變壓比。值得注意的是，變壓器初、次級(jí)線圈的電感量不是與線圈匝數(shù)N成正比，而是 與線圈匝數(shù)N2成正比。由（1-82）式可以看出，變壓器次級(jí)線圈N3繞組的匝數(shù)增多，即： L3電感量增

11、大，變壓器次級(jí)線圈N3繞組的電流i3就變小，并且容易出現(xiàn)斷流，說明反電 動(dòng)勢(shì)的能量容易釋放完。因此，變壓器次級(jí)線圈N3繞組匝數(shù)與變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù) 之比n最好大于一或等于一。當(dāng)N1等于N3時(shí)，即：L1等于L3時(shí)，上式可以變?yōu)椋?Ui（Ton-t）/L3 K 接通期間 （1-83）（1-83）式表明，當(dāng)變壓器初級(jí)線圈N1繞組的匝數(shù)與次級(jí)線圈N3繞組的匝數(shù)相等時(shí)，如果 控制開關(guān)的占空比D小于0.5，電流i3是不連續(xù)的；如果占空比D等于0.5，電流i3為臨 界連續(xù)；如果占空比D大于0.5，電流i3為連續(xù)電流。這里順便說明，在圖1-17中，最好在整流二極管D1的兩端并聯(lián)一個(gè)高頻電容（圖中未畫出）。 其好處一方面可以吸收當(dāng)控制開關(guān)K關(guān)斷瞬間變壓器