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反激隔離式開關(guān)電源的工作過程

發(fā)布時(shí)間:2023-09-06 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】反激隔離式變壓器開關(guān)電源,首先其是反激式,符合“反激”的定義,即:反激是開關(guān)管截止時(shí),傳輸能量;其次,其有一個(gè)隔離式變壓器,這個(gè)變壓器起到隔離作用,同時(shí)會(huì)有一個(gè)匝數(shù)比,匝數(shù)比與開關(guān)管的PWM的占空比共同影響輸出電壓。不管是AC/DC還是DC/DC,到達(dá)變壓器的電壓其實(shí)是一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。


反激隔離式變壓器開關(guān)電源,首先其是反激式,符合“反激”的定義,即:反激是開關(guān)管截止時(shí),傳輸能量;其次,其有一個(gè)隔離式變壓器,這個(gè)變壓器起到隔離作用,同時(shí)會(huì)有一個(gè)匝數(shù)比,匝數(shù)比與開關(guān)管的PWM的占空比共同影響輸出電壓。不管是AC/DC還是DC/DC,到達(dá)變壓器的電壓其實(shí)是一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。我們知道只有類似于交流的變化的電壓,才會(huì)通過變壓器進(jìn)行傳遞能量。我們就會(huì)利用一個(gè)開關(guān)管來不停的開關(guān),來實(shí)現(xiàn)一個(gè)變化的電壓在變壓器的初級(jí)兩端。


1、變壓器是如何工作的

變壓器的構(gòu)造:由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈(或者多個(gè))組成,如圖9.4所示。


反激隔離式開關(guān)電源的工作過程

圖 9.3 變壓器構(gòu)造示意圖


閉合鐵芯由涂有絕緣漆的硅鋼片疊合而成,線圈由絕緣導(dǎo)線繞制而成。

原線圈(初級(jí)線圈):與輸入電源連接的線圈,其匝數(shù)用n?表示;

副線圈(次級(jí)線圈):與負(fù)載連接的線圈,其匝數(shù)用n?表示。


變壓器的工作原理


(1)互感現(xiàn)象是變壓器工作的基礎(chǔ).原線圈中電流的大小、方向不斷變化,在鐵芯中激發(fā)的磁場(chǎng)也不斷變化,變化的磁場(chǎng)在副線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。


反激隔離式開關(guān)電源的工作過程

(2)原、副線圈的作用

原線圈在其所處回路中充當(dāng)負(fù)載,副線圈在其所處回路中充當(dāng)電源。

(3)能量轉(zhuǎn)化過程:變壓器通過閉合鐵芯,利用互感現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能(U?、I?)到磁場(chǎng)能(變化的磁場(chǎng))再到電能(U?、1?)的轉(zhuǎn)化。


2、開關(guān)管開關(guān)的工作過程


第一個(gè)狀態(tài),當(dāng) PWM 信號(hào)處于高電平時(shí),Q 導(dǎo)通,如圖所示,因?yàn)檩斎腚妷和ㄟ^開關(guān)管把加在高頻變壓器初級(jí)繞組上,所以初級(jí)側(cè)有電流PI 流過,又因?yàn)樽儔浩鞔渭?jí)側(cè)同名端電壓極性為負(fù),故整流二極管 VD 截止,同時(shí)能量無法傳輸?shù)酱渭?jí)繞組, 只能存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中,由輸出電容向負(fù)載放電。


反激隔離式開關(guān)電源的工作過程

圖 9.3反激開關(guān)電源開關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)圖


第二個(gè)狀態(tài),當(dāng) PWM 信號(hào)處于低電平時(shí),Q 截止,如圖所示,沒有電流流過初級(jí)側(cè), 次級(jí)側(cè)將產(chǎn)生電流 Is 。依據(jù)電磁感應(yīng)原理,此時(shí)在高頻變壓器初級(jí)側(cè)繞組上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓,使次級(jí)繞組產(chǎn)生極性為上正下負(fù)的電壓 Us,因此整流二極管 VD 導(dǎo)通, 然后經(jīng)過 VD 和 C 整流濾波后向輸出端輸出能量。通過調(diào)節(jié)開關(guān)管開通/關(guān)閉時(shí)間, 即可維持輸出電壓恒定。


反激隔離式開關(guān)電源的工作過程

圖 9.4反激開關(guān)電源開關(guān)截止的狀態(tài)圖


反激式變換器具有以下主要特點(diǎn):

(1)高頻變壓器兩側(cè)繞組極性互為異名端,初級(jí)繞組的同名端連接輸入電源 的正端,而其異名連端接功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)端。

(2)高頻變壓器既能起儲(chǔ)能作用,又能起傳輸能量的作用。

(3)只要高頻變壓器的匝數(shù)比滿足要求,輸出電壓均可高于或低于輸入電壓

(4)反激變換器設(shè)計(jì)靈活多變,通過添加變壓器次級(jí)繞組的輸出個(gè)數(shù),就可 以構(gòu)成多端輸出。

(5)一般情況下,反激變換器中不需要,也不可以在輸出濾波電容和整流二極管之間串接低頻率的電感。相比于正激變換器少一個(gè)電感元器件。

(6)可在連續(xù)模式或非連續(xù)模式下工作。

反激變壓器每路輸出與初級(jí)側(cè)相互隔離。反激式變換器普遍用于小功率開關(guān)電源場(chǎng)合。 Buck與 Boost 變換器不使用變壓器,是非隔離式的變換器,而且不能夠?qū)崿F(xiàn)多 端輸出,因此兩者均不考慮。正激變換器使用變壓器且是隔離的,但正激變壓器無 法達(dá)到儲(chǔ)存能量的要求,同時(shí)正激變換器普遍應(yīng)用于要求對(duì)輸出功率大的開關(guān)電源 中,并且對(duì) MOS 管的要求也更嚴(yán)格。反激式變換器因包括高頻變壓器,輸出與輸入可以相互隔離,還有通過可以增加輸出繞組數(shù),到達(dá)多端輸出的要求,多用于輸出功率小的開關(guān)電路中。


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