开关电源原理与设计(4)

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1、开关电源原理与设计（连载三十五）交流输出半桥式变压器开关电源时间：2013-12-24来源：作者：上面的(1-162)和(1-163)式并没有完全考虑，开关变压器初级线圈N1绕组产生的反电动势对电容器C1和C2进行反充电所产生的影响。当开关变压器初级线圈N1绕组产生的反电动势对电容器C1和C2进行反充电时，相当于变压器次级线圈N2绕组输出电压uo也要通过变压比被电容器C1、C2存储的电压进行限幅。因此，变压器次级线圈N2绕组输出电压uo中的反激式输出电压[uo]，并不会像(1-162)和(1-163)算式所表达的结果那么高。显然变压器次级线圈回路产生反电动势的高

2、低还与控制开关K1和K2交替接入的时间差有关，与K1和K2的接入电阻的大小还有关。一般电子开关，如晶体管或场效应管，刚开始导通的时候也不能简单地看成是一个开关，它从截止到导通，或从导通到截止，都需要一个过渡过程，因此，它也会存在一定的开关损耗。另外，根据(1-75)式：Upa×Ton=Upa-×Toff——一个周期内(1-75)还可以知到，当控制开关K1和K2的占空比均等于0.5时，变压器正激输出电压的半波平均值Upa与反激输出的半波平均值Upa-基本相等。因此，只有在控制开关K2接通与控制开关K1断开两者之间存在时间差时，变压器次级线圈回路才会产生非常高的反电

3、动势;但当控制开关K1和K2的占空比均小于0.5时，虽然反电动势的幅度比较高，但由于正激式开关电源的励磁电流一般都非常小(小于10%)，其产生反电动势的能量也很小。即：反电动势脉冲的宽度很窄。根据上面分析和(1-75)式可知，反电动势(反激输出电压)的半波平均值还是远远小于正激电压的半波平均值。所以，(1-162)和(1-163)式所表示的结果，可看成是半桥式变压器开关电源在输出电压中含有毛刺(输出噪音)的表达式。根据上面分析，在一般情况下，半桥式变压器开关电源的输出电压uo，主要还是由(1-158)、(1-159)、(1-161)等式来决定。即：半桥式变压器开

4、关电源的输出电压uo，主要由开关电源变压器次级线圈N2绕组输出的正激电压来决定。      图1-37是图1-36半桥式变压器开关电源，在负载为纯电阻，且两个控制开关K1和K2的占空比D均等于0.5时，变压器初、次级线圈各绕组的电压、电流波形。图1-37-a)和图1-37-b)分别表示控制开关K1接通时，开关变压器初级线圈N1绕组两端的电压uab的波形，和流过变压器初级线圈N1绕组两端的电流ic1的波形;图1-37-c)和图1-37-d)分别表示控制开关K2接通时，开关变压器初级线圈N1绕组两端的电压uba的波形，和流过开关变压器初级线圈N1绕组两端的电流ic2

5、的波形;图1-37-e)和图1-37-f)分别表示控制开关K1和K2轮流接通时，开关变压器次级线圈N2绕组两端输出电压uo的波形，和流过开关变压器次级线圈N2绕组两端的电流波形。从图1-37-b)和图1-37-d)中我们可以看出，当控制开关K1或K2接通瞬间，流过变压器初级线圈N1绕组的电流，其初始值并不等于0，而是产生一个电流突跳，这是因为变压器次级线圈N2绕组中有电流流过的原因。当变压器次级线圈N2绕组有负载电流流过时，其产生的磁通方向正好与流过变压器次级线圈N1绕组励磁电流产生的磁通方向相反，因此，流过变压器初级线圈N1绕组的电流也要在原来励磁电流的基础上

6、再增加一个电流，来抵消流过变压器次级线圈N2绕组电流的影响。增加电流的大小等于流过变压器次级线圈N2绕组电流的n倍，n为变压器次级线圈N2绕组与初级线圈N1绕组的匝数比。从图1-37-f)中我们可以看出，流过开关变压器次级线圈N2绕组两端的电流波形是个矩形波，而不是三角波。这是因为半桥式变压器开关电源同时存在正、反激电压输出的缘故。当变压器同时存在正、反激电压输出时，反激式输出的电流是由最大值开始，然后逐渐减小到最小值，如图中虚线箭头所示;而正激式输出的电流则是由最小值开始，然后逐渐增加到最大值，如图中实线箭头所示;因此，两者同时作用的结果，正好输出一个矩形波。

7、从图1-37-e)还可以看出，输出电压uo由两个部分组成，一部分为电容器C1或C2存储的电压Uc1或Uc2通过变压器初级线圈N1绕组感应到次级线圈N2绕组的正激式输出电压(uo)，这个电压的幅度比较稳定，一般不会随着时间变化而变化;另一部分为励磁电流通过变压器初级线圈N1绕组存储的磁能量产生的反激式输出电压[uo]，这个电压会使波形产生反冲，其幅度是时间的指数函数，它会随着时间增大而变变小。这里还需指出，图1-37-e)中的波形有上冲，在纯电阻负载中是正常的，尽管在控制开关K1或K2接通瞬间，开关变压器初级线圈N1绕组存储的磁能量有一部分要被电容器C1或C2吸收

8、，待反电动势的能量基本被