開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載十九）反激式變壓器開關(guān)電源

順便指出，在控制開關(guān)K關(guān)斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要由變壓器次級(jí)線圈回路中的電流來決定，這就相當(dāng)于流過變壓器次級(jí)線圈中的電流所產(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(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)，流過變壓器次級(jí)線圈中的電流就正好接替原來變壓器初級(jí)線圈中勵(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N3繞組電流是由最大值逐步變化到0的。由此可知，反激式變壓器開關(guān)電源在輸出功率的同時(shí)，流過次級(jí)線圈回路中的電流也在對(duì)變壓器鐵心進(jìn)行退磁。

圖1-20是反激式變壓器開關(guān)電源，工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，整流輸入電壓uo、負(fù)載電流Io，變壓器鐵芯的磁通，以及變壓器初、次級(jí)電流等波形。

圖1-20-a)中，變壓器次級(jí)線圈輸出電壓uo是一個(gè)帶正負(fù)極性的脈沖波形，一般負(fù)半周是一個(gè)很規(guī)整的矩形波;而正半周，由于輸出脈沖被整流二極管限幅，當(dāng)開關(guān)電源工作于連續(xù)電流或臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，輸出波形基本也是矩形波。因此，整流二極管的輸入電壓uo的正半周幅度與輸出電壓Uo或儲(chǔ)能濾波電容的兩端電壓基本相同。因此，整流二極管的輸入電壓uo的幅值Up與半波平均值Upa以及整流輸出電壓Uo均基本相等。

圖1-20-b)是變壓器鐵芯中磁通量變化的過程，在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被磁化;在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被退磁。因此，在Ton期間，變壓器鐵芯中的磁通量是由剩磁S•Br向最大磁通S•Bm方向變化;而在Toff期間，變壓器鐵芯中的磁通量是由最大磁通S•Bm向剩磁S•Br方向變化。

圖1-20-c)，是反激式變壓器開關(guān)電源工作于臨界電流狀態(tài)時(shí)，變壓器初、次級(jí)線圈的電流波形。圖中，i1為流過變壓器初級(jí)線圈中的電流，i2為流過變壓器次級(jí)線圈中的電流(虛線所示)，Io是流過負(fù)載的電流(虛線所示)。在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被初級(jí)線圈電流磁化;在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被被次級(jí)線圈電流退磁，并向負(fù)載輸出電流。從圖1-20-c)還可以看出，流過變壓器初、次級(jí)線圈中的電流是可以突跳的。在控制開關(guān)關(guān)斷的一瞬間，流過變壓器初級(jí)線圈的電流由最大值跳變到0，而在同一時(shí)刻，流過變壓器次級(jí)線圈的電流由0跳變到最大值。并且，變壓器初級(jí)線圈電流的最大值正好等于變壓器次級(jí)線圈電流最大值的n倍(n為變壓器次級(jí)電壓與初級(jí)電壓比)。

順便指出：(1-110)的結(jié)果，雖然是以開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)的條件求得，但對(duì)于開關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài)或斷流狀態(tài)也同樣成立，因?yàn)?，在?chǔ)能濾波電容的容量足夠大的情況下，輸出電壓Uo只取決于其峰值電壓Up，而不是取決于其平均值。

當(dāng)開關(guān)電源工作于電流不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，即：控制開關(guān)的占空比減小時(shí)，(1-100)式中的i(0)和(1-108)式中的i2x均為0 ，并且在控制開關(guān)關(guān)斷期間還沒結(jié)束前，流過變壓器次級(jí)線圈的電流就已降到0，這相當(dāng)于開關(guān)電源輸出電壓和輸出電流都要降低，在此種情況下，開關(guān)電源將會(huì)向負(fù)載降低功率輸出。

當(dāng)開關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，即：控制開關(guān)的占空比增大時(shí)，(1-100)式中的i(0)不能為0，(1-108)式中的i2x也不能為0 ，這相當(dāng)于輸出電壓和輸出電流都相應(yīng)增加，在此種情況下，開關(guān)電源將會(huì)向負(fù)載提供更大的功率輸出。

圖1-21是反激式變壓器開關(guān)電源，工作于電流不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，整流二極管的輸入電壓uo，負(fù)載電流Io和變壓器鐵芯中的磁通，以及變壓器初、次級(jí)電流等波形。

圖1-22是反激式變壓器開關(guān)電源，工作于連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，整流二極管的輸入電壓uo、負(fù)載電流Io和變壓器鐵芯中的磁通，以及變壓器初、次級(jí)電流等波形。

由此可知，反激式變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源就是通過改變控制開關(guān)的占空比來調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出電壓和對(duì)儲(chǔ)能濾波電容的充、放電電流來達(dá)到穩(wěn)定電壓輸出的。

這里還需特別指出：上面分析全部都是假定開關(guān)電源輸出電壓Uo相對(duì)不變情況下的結(jié)果，實(shí)際上，當(dāng)于開關(guān)電源剛開始工作的時(shí)候，即：儲(chǔ)能濾波電容剛開始充電的時(shí)候，開關(guān)電源輸出電壓Uo也是在變化的，但輸出電壓很快就由某個(gè)初始值過渡到某個(gè)穩(wěn)定值，然后又由某個(gè)初始值(上一個(gè)穩(wěn)定值)又過渡到下一個(gè)穩(wěn)定值……。因此，我們把開關(guān)電源電路中，電壓或電流由某個(gè)初始值過渡到某個(gè)穩(wěn)定值的過程，稱為開關(guān)電源電路的過渡過程。