单激式开关电源漏感与分布电容对输出波形地影响及RCD尖峰脉冲吸收电路参数地计算.pdf

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1、单激式开关电源漏感与分布电容对输出波形的影响及RCD尖峰脉冲吸收电路参数的计算陶显芳2012-11-12一、漏感与分布电容对输出波形的影响图1是单激式开关电源的基本原理图。图中，T为开关变压器，N1和N2分别为开关变压器初、次级线圈；LS为开关变压器的漏感，Lµ为开关变压器初级线圈的励磁电感；CS为开关变压器初级线圈的分布电容，RL为开关变压器次级线圈的输出负载，Q1为电源开关管。ULsTisesi1iLµcRuCsNL2cN1didgQ1s图1开关电源的基本电路变压器初级线圈或次级线圈的分布电容Cs可按下式进行计算：n−1εεgh(U2+UU+U2)n−1r0iaiai

2、bibiCs=∑×2=∑C0i×kui（1）i=1di3Uii=11εεghr0i式中，C=为第i层与i+1层线圈之间的静态电容，i=1、2、3、•••、n，n为所0idi求总分布电容的变压器初级线圈或次级线圈的层数；g为第i层与i+1层线圈之间的平均周长；i22(U+UU+U)aabbk为第i层与i+1层线圈之间分布电容的动态系数，k=，它与加到电容两端uiu23U的电压有关，k是一个小于1的系数；uU为第i层与i+1层线圈之间的标准电位差，其值一般等于相邻两层线圈工作电压之和，即：i2UU=，U为变压器初级线圈或次级线圈两端的工作电压；U、U分别为第i层与i+1层线i

3、aibin圈之间x=0和x=h处对应的电位差；当线圈层间按S绕法时，U=0，U=U；当线圈层间aibii1按Z绕法时，U=U=U。aibii2如果不考虑变压器次级线圈对初级线圈的影响，对于一个功率大约为100瓦的开关变压器，其初级线圈的分布电容大约在100~2000微微法之间；如果把次级线圈的分别电容也考虑进去，总的分布电容可能要大一倍左右，因为初、次级线圈分布电容的转换比是平方的关系。因此，分布电容对输出波形的影响是很大的。根据变压器的工作原理，图1中的开关变压器还可以等效为图2所示电路。LsCsLRµ图2开关变压器的等效电路在图2中，Ls为漏感，漏感也称漏磁电感，或称

4、分布电感；Cs为分布电容（总分布电容），L为励磁电感，R为等效负载电阻。设开关变压器初级线圈的电感为L，则L=L+L；而分µSµ布电容Cs，则包括次级线圈等效到初级线圈一侧的分布电容，即，次级线圈的分布电容也要等2效到初级线圈回路中；同理，等效负载电阻R，就是次级线圈的负载RL被等效到初级线圈回路中的电阻。设次级线圈的分布电容为C2，等效到初级线圈后的分布电容为C1，则有下面关系式：1212W=CU=W=CU（2）C222C11122上式中，W为次级线圈分布电容C2存储的能量，W为C2等效到初级线圈后的分布电容C2C1C1存储的能量；U1、U2分别为初、次级线圈的电压，U

5、2=nU1，n=N2/N1为变压比，N1、N2分别为初、次级线圈的匝数。由此可以求得C1为：2C=nC（3）12（2）和（3）式的计算方法不但可以用于对初、次级线圈分布电容等效电路的换算，同样可以用于对初、次级线圈电路中其它电容等效电路的换算，以及用于对负载电阻的换算。所以，C2亦可以是次级线圈电路中的任意电容，C1为C2等效到初级线圈电路中的电容。由此可以求得图2中，变压器的总分布电容Cs为：2C=C+C=C+nC（4）SS11S12（4）式中，Cs为变压器的总分布电容，Cs1为变压器初级线圈的分布电容；而C1为次级线圈电路中所有电容等效到初级线圈电路中的电容；C2为次

6、级线圈电路中所有电容（包括分布电容与电路中的电容）；n=N2/N1为变压比。虽然看起来，图2开关变压器的等效电路与一般变压器的等效电路没有根本的区别，但开关变压器的等效电路一般是不能用稳态电路进行分析的；即：图2中的等效负载电阻R不是一个固定参数，它会随着开关电源的工作状态不断改变。例如，在反激式开关电源中，当开关管导通时，开关变压器是没有功率输出的，即负载电阻R等于无限大；而对于正激式开关电源，3当开关管导通时，开关变压器是有功率输出的，即负载电阻R既不等于无限大，也不等于0。因此，分布电感与分布电容对正激式开关电源和反激式开关电源工作的影响是不一样的。图3是开关变压器

7、与电源开关管连接时的工作原理图。图3中，Q1为开关管，Cds为开关管漏极和源极之间的分布电容，Cgs为开关管栅极和源极之间的分布电容。值得说明的是，这里的Cgs和Cds都不是一个单纯性质的电容，它只是在开关管的导通和关断的一瞬间，其阻抗的变化过程与电容（或电感）的充放电过程很类似；而它的基本性质实际上还是属于电阻，因为它会损耗功率。LsUesCsLeµRµdQ1gIdCdsCgss图3单激式开关电源等效电路当开关管开始导通时，外电路给栅极（绝缘栅场效应管）加一正电压，通过静电感应，开关管耗尽层中的载流子（电子）在电场的作用下会