開關(guān)變壓器內(nèi)部等效電路分析（1）

開關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路，雖然看起來基本沒有區(qū)別，但開關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的；等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù)，它會(huì)隨著開關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變，分布電感與分布電容對(duì)正激式開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源工作的影響也不一樣

（2-122）式中，Cs為變壓器的總分布電容，Cs1為變壓器初級(jí)線圈的分布電容；C1為次級(jí)線圈電路中總電容C2（包括分布電容與電路中的電容）等效到初級(jí)線圈電路中的電容；n = N2/N1為變壓比。

圖2-43開關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路，雖然看起來基本沒有區(qū)別，但開關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的；即：圖2-43中的等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù)，它會(huì)隨著開關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變。

例如，在反激式開關(guān)電源中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)變壓器是沒有功率輸出的，即負(fù)載電阻R等于無限大；而對(duì)于正激式開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開關(guān)變壓器是有功率輸出的，即負(fù)載電阻R既不等于無限大，也不等于0 。因此，分布電感與分布電容對(duì)正激式開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源工作的影響是不一樣的。

我們先來看圖2-44，當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，無論是對(duì)正激式開關(guān)電源或反激式開關(guān)電源，漏感Ls都會(huì)對(duì)流過開關(guān)管Q1的電流Id起到限制作用，即降低Id的電流上升率，這對(duì)保護(hù)開關(guān)管是有好處的；因?yàn)?，開關(guān)管剛導(dǎo)通的時(shí)候，電流在管芯內(nèi)部是以擴(kuò)散的形式由一個(gè)點(diǎn)向整個(gè)面擴(kuò)散的，如果電流上升率太大，很容易使開關(guān)管因局部面積電流密度過大造成損傷。

另外，Ls和Cs可以看成是一個(gè)串聯(lián)振蕩回路，當(dāng)開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通的時(shí)候，輸入脈沖電壓的上升率大于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路開始吸收能量，輸入電壓對(duì)Ls和Cs進(jìn)行充電，此時(shí)，振蕩回路會(huì)抑制輸入電流上升率的增長(zhǎng)；當(dāng)開關(guān)管Q1完全導(dǎo)通以后，開關(guān)管完全導(dǎo)通（脈沖進(jìn)入平頂階段），相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為0，此時(shí)，輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路開始釋放能量，振蕩回路產(chǎn)生阻尼振蕩；

當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通過后，開關(guān)管開始關(guān)斷，相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為負(fù)（脈沖進(jìn)入反沖階段），此時(shí)，輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路又開始再次釋放能量，振蕩回路再次產(chǎn)生阻尼振蕩，如圖2-45所示。

圖4-5-a，是電源開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓U加于開關(guān)變壓器兩端的波形；圖4-5-b，是勵(lì)磁電感或分布電容兩端的電壓波形；圖4-5-c，是電源關(guān)管D、S兩極之間的電壓波形。

在圖4-5-b中，在t0時(shí)刻，電源開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通，輸入電壓U加于開關(guān)變壓器兩端，輸入電壓首先通過分布電感Ls對(duì)分布電容Cs充電，充電過程是按正弦曲線上升；到t1時(shí)刻，流過Ls的電流達(dá)到最大值，同時(shí)分布電容Cs兩端的電壓與輸入電壓U相等，即Ls兩端的電壓為0；但流過Ls的電流不能為0，Ls將產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)繼續(xù)給電容Cs充電。

直到t2時(shí)刻，流過Ls的電流等于0，電容器Cs充電結(jié)束，同時(shí)Cs兩端的電壓也達(dá)到最大值；然后電容按正弦曲線開始放電，流過Ls的電流開始反向，到t3時(shí)刻，Cs兩端的電壓又與輸入電壓U相等，電容停止放電，但流過Ls的電流不能為0，Ls將又產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)給電容Cs進(jìn)行反向充電，所以Cs兩端的電壓低于輸入電壓U。

到t4時(shí)刻，流過Ls的反向電流等于0，Cs兩端的電壓達(dá)到最低值；然后輸入電壓又開始通過Ls對(duì)Cs進(jìn)行充電，到此分布電感Ls與分布電容Cs第一個(gè)充放電周期結(jié)束。

在t0時(shí)刻，由于輸入電壓的上升率大于分布電感Ls與分布電容Cs充、放電電壓的上升率，所以電感和電容是從輸入電壓吸收能量；在t1時(shí)間之后，輸入電壓的上升率小于分布電感Ls與分布電容Cs充、放電的電壓上升率，所以電感和電容是釋放能量的，即：電感和電容在t1時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生阻尼振蕩。

這里順便指出，圖2-45-b的波形是很難測(cè)量到的，因?yàn)樗旧隙荚谧儔浩鲀?nèi)部的分布電感Ls與分布電容Cs之間產(chǎn)生，但它會(huì)通過輻射對(duì)周邊電路造成干擾。

下面我們進(jìn)一步通過數(shù)學(xué)的計(jì)算方法來對(duì)電路進(jìn)行詳細(xì)分析。

從（2-128）式可以看出，電容兩端電壓的變化過程主要由三個(gè)與時(shí)間常數(shù)有關(guān)的變量決定。但如果我們直接用（2-128）式來求解（2-125）式，結(jié)果將會(huì)變得非常復(fù)雜，為此我們先對(duì)（2-128）式進(jìn)行簡(jiǎn)化。

另外，非齊次微分方程（2-125）式的解應(yīng)該等于齊次微分方程（2-126）式的通解與（2-125）式特解之和。

另外，LC振蕩的幅度對(duì)于正激式開關(guān)電源和反激式開關(guān)電源是不同的。對(duì)于正激式開關(guān)電源，當(dāng)電源開關(guān)管Q1導(dǎo)通的時(shí)候，正好開關(guān)變壓器要向負(fù)載輸出能量，等效負(fù)載電阻R的值相對(duì)比較小，即衰減系數(shù)很小，LC振蕩回路被阻尼得很厲害，因此，振蕩幅度下降很快，一般第一個(gè)振蕩周期過后，振蕩回路很難再次振蕩起來。