反激开关电源主电路工作原理
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反激开关电源
一.定义:
直流电压正好激励变压器的初级线圈时,变压器的次级线圈并没有向负载提供输出功率,而是仅在关断变压器初级线圈的激励电压后,才对负载提供输出功率。
二.反激开关电源的主电路
开关管导通时,反激开关电源将电能转化为磁能,存储在变压器中;
开关管关断时,发激开关电源再将存储的磁能转化为电能传送给负载。
电路特点:
1.结构简单,效率高,体积小,造价低
2.输出纹波电压比较大
3.输出功率一般在150W一下,经常作为辅助电源应用在控制系
统中
4.适合多输出小功率场合
三.反激开关电源原理分析
CCM模式
1.开关管T导通
电源电压
in
V加在变压器的初级绕组1N上,在次级绕组2N
上产生感应电压
2
2
1
N in
N
u V
N
=-,初级绕组电流线性增加,in
P
P
V
di
dt L
=,
电流
P
i最大值max min in
P P
P
V
I I DT
L
--
=+,变压器铁心被磁化,磁通线
性增加,
()
1
in
V
DT
N
+
∆Φ=。
2.开关管T关断
初级绕组开路,次级绕组工作,次级绕组电压
2
N o
u V
=,次级绕
组电流线性下降,
S o
S
di V dt L =,电流S i 最小值
min m (1)o
S S ax S
V I I D T L --=-
-,变压器铁心去磁,磁通线性减小,()2
(1)o
V D T N -∆Φ=
-。 3.
基本关系:
()()+-∆Φ=∆Φ⇒211(1)(1)o in V N D D V N D n D =•=•--,其中12
N n N = 开关管T 电压应力:1
21in T in o V N V V V N D =+
=- 二极管D 的电压应力:2
1o D o in V N V V V N D
=+
= 此时,负载电流o I 等于二极管电流的平均值,即
min m 1
()(1)2
o S S ax I I I D --=+-
由变压器工作原理
1min 2min 1max 2m P S P S ax
N I N I N I N I ----==
可得 2max 11
12in P o P
V N I I DT N D L -=
+-
11m max 22112in S ax P o P
V N N I I I DT N D N L --=
=+- 临界模式
此时有min 0P I -=且min 0S I -=,则有下列式子成立:
初级绕组最大电流:max in
P P
V I DT L -=
次级绕组最大电流:1max 2in
S P
V N I DT N L -=
负载电流:m 1(1)2
o S ax I I D -=-
临界连续状态下负载电流:12(1)2in
oG o P
V N I I D D T
N L ==
-
当D=时,
oG I 取得最大值,1-max 28in
oG P V N I N L f
=
则有-max 4(1)oG oG I I D D =-,此为电感电流临界连续的边界。 DCM 模式
电流断续时,设D T ∆•是S I 续流的相对时间,根据磁通量的增加量和减少量相等()()+-∆Φ=∆Φ,可得12
in o V V
DT DT N N =∆,所以21in
o
N V D D N V ∆=
因为max o S S V I DT L -=
∆,m 1
2
o S ax I I D -=∆ 可得输出电压的表达式:22
2in o P o
V D
V L fI =
四.CCM 模式和DCM 模式的分析和比较 1. CCM 模式
开关管导通时,考虑开关管的压降为1V ,则初级绕组的电压为1in V -; 开关管关断时,考虑二极管的正向压降1V ,则次级绕组的电压为
1o V +。
由伏秒法则可知,1
2
(1)(1)
in
on o off N V t V t N -=+,且有on off t t T +=,可得21(1)
11on
in o on
t V N T V t N T -=
--。
功率与输入电流、输出电流的关系:(1)off on
o o csr
o csr t t P V I V I T
T
==-
,其中,csr I 表示次级电流下降斜坡的中间值,(1)
o csr on o P I t V T
=
-。设定反激开
关电源的效率是80%,则有0.8o in P P =,所以 1.25on
in o in cpr t P P V I T
==,则初级电流的上升斜坡的中间值 1.25o
cpr on in
P I t V T
=
。
2. DCM 模式
匝数比:
121
ms in
o V V N N V -=+,ms V 表示开关管可承受的最大关断电压。
CCM 模式 on off t t T += DCM 模式 0.8on off t t T
+=