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載特性，相對來說比較好，因 此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動，在一些對輸出電壓參數(shù)要求比較高的場合， 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，是指當變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時，變壓器的次 級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是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續(xù)流二極管， D3是削反峰二極管，R是負載電阻。在圖1-17中，需要特別注意的是開關(guān)變壓器初、次級線圈的同名端。如果把開

2、關(guān)變壓器初 線圈或次級線圈的同名端弄反，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，儲能濾波電感L和儲能濾波電容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工作原理，請參看“ 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)電源有一個最大的缺點，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、次線圈繞組都會產(chǎn)生很高的反電動勢，這個反電動勢是由流過變壓器初線圈繞組的勵磁 電流存儲的磁能量產(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 動勢擊穿開關(guān)器件，在開關(guān)電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3繞組，以 及增加了一個削反峰二極管D3。反饋線圈N3繞組和削反峰二極管D3對于正激式變壓器開 關(guān)電源是十分必要的，一方面，反饋線圈N3繞組產(chǎn)生的感應電動勢通過二極管D3可以對反 電動勢進行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進行充電；另一方面，流過反饋線圈 N3繞組中的電流

4、產(chǎn)生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強度恢復到 初始狀態(tài)。由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，此時，流過 反饋線圈N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應強度由 最大值Bm返回到剩磁所對應的磁感應強度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)生的感應電動勢在對電源進行充電 的同時，流過反饋線圈N3繞組中的電流也在對變壓器鐵心進行退磁。圖1-18是圖1-17中正激式變壓器開關(guān)電源中幾個關(guān)鍵點的電壓、電流波形圖。圖1-18-a） 是變壓器次級線圈N2繞組整流輸出電壓波形，圖1-

5、18-b）是變壓器次級線圈N3繞組整流 輸出電壓波形，圖1-18-c）是流過變壓器初級線圈N1繞組和次級線圈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對變壓器初級線圈N1繞組加電， 初級線圈N1繞組有電流i1流過，在N1兩端產(chǎn)生自感電動勢的同時，在變壓器次級線圈N2 繞組的兩端也同時產(chǎn)生感應電動勢，并向負載提供輸出電壓。開關(guān)變壓器次級線圈輸出電壓 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 到某個穩(wěn)定值，這個穩(wěn)定電流值是與變壓器次級線圈電流大小相關(guān)的。如果我們把這個電流 記為i10，變壓器次級線圈電流為i2,那么就是：i10 = n i2，其中n為變壓器次級電壓 與初級電壓比。另外，流過正激式開關(guān)電源變壓器的電流i1除了 i10之外還有一個勵磁電流，我們把勵磁 電流記為Ai10從圖1-18-c）中可以看出，Ai1就是i1中隨著時間線性增長的部份，勵磁電 流Ai1由下式給出：Ai1 = Ui*t/L1 K 接通期間（1-80）當控制開關(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線圈回路的電流也跟著突變， 以抵消變壓器初級線圈電流突變的影響，要么，在變壓器初級線圈回路中將出現(xiàn)非常高的反 電動勢電壓，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、次級線圈就會產(chǎn)生無限高的反電動勢， 反電動勢又會產(chǎn)生無限大的電流，而電流又會抵制磁通的變化，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，變壓器初級線圈回路中的電流突然為0時，變壓器次級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+），與變壓器初級線圈勵磁電齡譏被 折算到變壓器次級線圈的電流之和。但由于變壓器初級線圈中勵磁電流Ail被折算到變壓器 次級線圈的電流Ail/n的方向與原來變壓器次級線圈的電流i2（Ton+）的方向是相反的，整流 二極管D1對電流Ail/n并不導通，因此，電流Ail/n只能通過變壓器次級線圈N3繞組產(chǎn)生 的反電動勢，經(jīng)整流二極管D3向輸入電壓Ui進行反充電。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，流過變壓器次級線圈N3繞組中的電流，只有變壓器初級線圈 中勵磁電流Ail被折算到變壓器次級線

9、圈N3繞組回路中的電流i3 （等于Ail/n），這個電流 的大小是隨著時間下降的。一般正激式開關(guān)電源變壓器的初級線圈匝數(shù)與次級反電動勢能量 吸收反饋線圈N3繞組的匝數(shù)是相等的，即：初、次級線圈匝數(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)電源變壓器次級反電動勢能 量吸收反饋線圈N3繞組的電壓波形。這里取變壓器初、次級線圈匝數(shù)比為：l ： l，因此， 當次級線圈N3繞組產(chǎn)生的反電動勢電壓超過輸入電壓Ui時，整流二極管D3就導通，反電 動勢電壓就被輸入電壓Ui和整流二極管D3進行限幅，并把限幅時流過整流二極管的電流送 回供電回路對電源或

10、儲能濾波電容進行充電。精確計算電流i3的大小，可以根據(jù)（l-80） 式以及下面方程式求得，當控制開關(guān)K關(guān)閉時：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就是流過變壓器初級線圈N1繞組中的最大勵磁電流被折算到次級線圈 N3繞組中的電流，第二項是i3中隨著時間變化的分量。其中n為變壓器次級線圈與初級線 圈的變壓比。值得注意的是，變壓器初、次級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，變壓器次級線圈N3繞組的匝數(shù)增多，即： L3電感量增

11、大，變壓器次級線圈N3繞組的電流i3就變小，并且容易出現(xiàn)斷流，說明反電 動勢的能量容易釋放完。因此，變壓器次級線圈N3繞組匝數(shù)與變壓器初級線圈N1繞組匝數(shù) 之比n最好大于一或等于一。當N1等于N3時，即：L1等于L3時，上式可以變?yōu)椋?Ui（Ton-t）/L3 K 接通期間 （1-83）（1-83）式表明，當變壓器初級線圈N1繞組的匝數(shù)與次級線圈N3繞組的匝數(shù)相等時，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)一個高頻電容（圖中未畫出）。 其好處一方面可以吸收當控制開關(guān)K關(guān)斷瞬間變壓器