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單端反激電路工作原理及輸出波形(三種工作模式)

ss ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 2018-03-28 09:14 ? 次閱讀

單端反激電路工作原理

單端反激開關(guān)電源采用了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋(輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級(jí)線圈充磁峰值電流取樣反饋內(nèi)回路)控制系統(tǒng),就可以通過開關(guān)電源的PWM(脈沖寬度調(diào)制器)迅速調(diào)整脈沖占空比,從而在每一個(gè)周期內(nèi)對(duì)前一個(gè)周期的輸出電壓和初級(jí)線圈充磁峰值電流進(jìn)行有效調(diào)節(jié),達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點(diǎn)是:在輸入電壓和負(fù)載電流變化較大時(shí),具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,自動(dòng)限制負(fù)載電流,補(bǔ)償電路簡單。反激電路適應(yīng)于小功率開關(guān)電源,其原理圖如圖1所示。

單端反激電路工作原理及輸出波形(三種工作模式)

下面分析在理想空載的情況下電流型PWM的工作情況。與電壓型的PWM比較,電流型PWM又增加了一個(gè)電感電流反饋環(huán)節(jié)。

圖中:A1為誤差放大器;A2為電流檢測比較器;U2為RS觸發(fā)器;Uf為輸出電壓Uo的反饋取樣,該反饋取樣與基準(zhǔn)電壓Uref通過誤差放大器A1產(chǎn)生誤差信號(hào)Ue(該信號(hào)也是A2的比較箝位電壓)。

設(shè)場效應(yīng)管Q1導(dǎo)通,則電感電流iL以斜率Ui/L線性增長,L為T1的原邊電感,電感電流在無感電阻R1上采樣u1=R1iL,該采樣電壓被送入電流檢測比較器A2與來自誤差放大器的Ue進(jìn)行比較,當(dāng)u1》Ue時(shí),A2輸出高電平,送到RS觸發(fā)器U2的復(fù)位端,則兩輸入或非門U1輸出低電平并關(guān)斷Q1;當(dāng)時(shí)鐘輸出高電平時(shí),或非門U1始終輸出低電平,封鎖PWM,在振蕩器輸出時(shí)鐘下降的同時(shí),或非門U1的兩輸入均為低電平,則Q1被打開。

因此,從上面的分析可以看出,電流型PWM信號(hào)的上升沿由振蕩器時(shí)鐘信號(hào)的下降沿決定,而PWM的下降沿則由電感電流的陷值信號(hào)和來自誤差放大器的誤差信號(hào)共同決定,其工作時(shí)序如圖2所示。

單端反激電路工作原理及輸出波形(三種工作模式)

單端反激式開關(guān)電源以主開關(guān)管的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷為主要特征。開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),變壓器一次側(cè)線圈內(nèi)不斷儲(chǔ)存能量;而開關(guān)管關(guān)斷時(shí),變壓器將一次側(cè)線圈內(nèi)儲(chǔ)存的電感能量通過整流二極管給負(fù)載供電,直到下一個(gè)脈沖到來,開始新的周期。

開關(guān)電源中的脈沖變壓器起著非常重要的作用:一是通過它實(shí)現(xiàn)電場—磁場—電場能量的轉(zhuǎn)換,為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓;二是可以實(shí)現(xiàn)變壓器功能,通過脈沖變壓器的初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組可以輸出多路不同的直流電壓值,為不同的電路單元提供直流電量;三是可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電源變壓器的電隔離作用,將熱地與冷地隔離,避免觸電事故,保證用戶端的安全。

單端反激電路的三種工作模式及輸出波形

反激電源有三種工作模式:連續(xù)工作模式、斷續(xù)工作模式、臨界連續(xù)工作模式。

(1)連續(xù)工作模式

單端反激電源滿載或者重載時(shí),開關(guān)占空比大,副邊二極管未關(guān)斷時(shí)MOS管就會(huì)開通,其工作過程沒有原副邊電流同時(shí)為0的情況,即工作在連續(xù)模式,其工作波形如圖表2所示。

單端反激電路工作原理及輸出波形(三種工作模式)

工作過程分析如下:

1)t0時(shí)刻之前,開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài),原邊電流上升,變壓器儲(chǔ)能,原邊電壓為正,副邊電壓為負(fù),電容C1上對(duì)R1緩慢放電,C1電壓減小。原邊電流副邊電流

2)t0~t1階段。t0時(shí)刻,關(guān)斷開關(guān)管。(a)原邊電流迅速減小,其減小的速度為Vin/Lm,副邊二極管導(dǎo)通,副邊電流迅速增大;(b)原邊激磁電感上的電流減小,原邊電壓減小,副邊電壓升高,兩者同時(shí)過0,然后各自達(dá)到最小值和最大值,副邊電壓為2V,原邊電壓為)//(2psNNV。(c)由于MOS管有結(jié)電容存在,所以其上電壓不能突變,是零電壓關(guān)斷。MOS管承受的壓降為)//(2psinNNVV+;(d)這個(gè)過程中,由于漏感上的電流不能突變,開始對(duì)C1充電,C1不再減小,有增大的趨勢。

3)t1~t2時(shí)刻。這個(gè)過程中,(a)原副邊電壓和MOS管壓降基本保持不變;(b)由于t1時(shí)刻U1達(dá)到負(fù)的最大值,其電壓高于C1電壓,所以C1被充電,并很快達(dá)到最大值;(c)由于變壓器能量在釋放,副邊電流緩慢減小。

4)t2~t3時(shí)刻。t2時(shí)刻關(guān)斷MOS管。(a)原邊電壓迅速升高,副邊電壓開始降低,并且在t3時(shí)刻達(dá)到最大值和最小值。(b)該過程中電流有一個(gè)很大的尖峰,該尖峰產(chǎn)生的原因有兩個(gè)方面:第一、由于副邊電流未減小到0時(shí)被強(qiáng)迫關(guān)斷,所以反射到原邊產(chǎn)生;第二、由于原邊電感電壓在這一過程中變化很快,由dtdiLU/?=可知,電流隨著電壓的變化也迅速增加,該尖峰電流在t3時(shí)刻達(dá)到最小值;

5)t3時(shí)刻以后,MOS管結(jié)電容放電,很快完全導(dǎo)通,其工作過程跟t0時(shí)刻之前一樣。

(2)斷續(xù)工作模式

反激電源在空載或者輕載時(shí)有可能工作在斷續(xù)模式??蛰d或輕載時(shí),開關(guān)的占空比較小,開關(guān)關(guān)斷后副邊電流線性減小,在開關(guān)開通之前減小到0,這時(shí)原、副邊電流均為0,反激電源工作在斷續(xù)工作模式。

單端反激電源斷續(xù)工作模式下的工作過程如圖表3所示。

單端反激電路工作原理及輸出波形(三種工作模式)

其工作過程如下:

1)t0時(shí)刻之前、t0~t1時(shí)刻工作狀態(tài)跟連續(xù)模式相同;

2)t1~t2時(shí)間。該時(shí)間段可以分為兩個(gè)時(shí)間段。(a)副邊電流線性下降,變壓器的儲(chǔ)能向副邊釋放,原邊電壓為負(fù)值,大小為)//(2psNNV,副邊電壓為V2,MOS管上的壓降為)//(2psinNNVV+;(b)副邊電流降到0以后,原邊電壓由于沒有了副邊映射電壓的鉗位,開始線性上升,由于電流幾乎為0,由CtiUUinq/)(??=??可知,電壓變化很慢,副邊電壓線性下降,MOS管的壓降也隨著原邊電壓的回升而減小,直到t2時(shí)刻開通MOS管;

3)t2~t3時(shí)間。由于MOS管開通,原邊電壓線性上升其斜率為minLU/,副邊電壓線性下降。原邊電感電壓在這一過程中變化很快,由dtdiLU/?=可知,電流隨著電壓的變化也迅速增加,該尖峰電流在t3時(shí)刻達(dá)到最小值;

4)t3時(shí)刻以后,MOS管結(jié)電容放電,很快完全導(dǎo)通,其工作過程跟t0時(shí)刻之前一樣。

(3)臨界連續(xù)工作模式

臨界連續(xù)工攻模式下,單端反激電源工作波形如圖表4所示。

單端反激電路工作原理及輸出波形(三種工作模式)

臨界連續(xù)工作模式是連續(xù)模式與斷續(xù)模式的一個(gè)過渡,可以當(dāng)作連續(xù)模式分析與可以當(dāng)作斷續(xù)模式分析。

其工作過程與連續(xù)模式基本相同,不同之處有兩點(diǎn):

1)t1~t2階段結(jié)束,在t2時(shí)刻,副邊電流剛好降為0,副邊二極管剛好關(guān)斷。

2)t2~t3階段的原邊電流尖峰只由原邊電感電壓的變化引起,不由副邊二極管映射過來,這一點(diǎn)同斷續(xù)模式一致。

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