開(kāi)關(guān)電源占空比的選擇

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1、開(kāi)關(guān)電源占空比的選擇開(kāi)關(guān)電源占空比的選擇與與開(kāi)關(guān)變壓器初次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算開(kāi)關(guān)變壓器初次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算陶顯芳2011.11.121下面是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)務(wù)必掌握的知識(shí)下面是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)務(wù)必掌握的知識(shí)開(kāi)關(guān)電源占空比的選擇與計(jì)算開(kāi)關(guān)變壓器初次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算希望從事開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的工程師對(duì)此感興趣希望從事開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的工程師對(duì)此感興趣21.1.開(kāi)關(guān)電源占空比的選擇與計(jì)算1.開(kāi)關(guān)電源占空比的選擇與計(jì)算
概述：占空比是脈沖寬度調(diào)制(PWM)開(kāi)關(guān)電源的調(diào)制度，開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓功能就是通過(guò)自動(dòng)改變占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓與占空比成正比，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的變化范圍基本上就是占空比

2、的變化范圍。由于開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的變化范圍受到電源開(kāi)關(guān)管擊穿電壓的限制，因此，正確選擇占空比的變化范圍是決定開(kāi)關(guān)電源是否可靠工作的重要因素；而占空比的選擇主要與開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比有關(guān)，因此，正確選擇開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比也是一個(gè)非常重要的因素。
開(kāi)關(guān)電源占空比和開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比的正確選擇涉及到對(duì)開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算。因此，下面我們先從分析開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)開(kāi)始。31.11.1占空比的定義1.1占空比的定義
占空比一般是指，在開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與工作周期之比，即：TTD=on=on…

3、…………(1)TT+Tonoff（1）式中：D為占空比，Ton為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間，Toff為開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)電源的工作周期。
對(duì)于一個(gè)脈沖波形也可以用占空比來(lái)表示，如圖1所示。u圖1tD=T
在反激式開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，變壓器次級(jí)線圈是沒(méi)有功率輸出的，如果把（1）中的D記為D1，（2）式中的D記為D2，則D1、D2有下面關(guān)系：D1+D2=1………………(3)41.21.2開(kāi)關(guān)變壓器初次級(jí)線圈的輸出波形1.2開(kāi)關(guān)變壓器初次級(jí)線圈的輸出波形ff圖2
圖2a是輸出電壓為交流的開(kāi)關(guān)電源工作原理圖。為了便于分析，我們假說(shuō)變壓器初次級(jí)線圈的變壓比為1:1（即N1=N2

4、，L1=L2），當(dāng)開(kāi)關(guān)K又導(dǎo)通轉(zhuǎn)斷開(kāi)時(shí)，變壓器初級(jí)、次級(jí)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：RRU-tu=u=u=iR=(U-iT)eL2……………(4)L1L22ionL2RUiUP-=(Ui-Ton)………………………(5)L15（5）式中：Uiim=Ton………………………(6)L1（6）式中：i為變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁m電流，由此可知，變壓器初、次級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)主要是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。我們從（5）可以看出，當(dāng)變壓器初、次級(jí)線圈的負(fù)載電阻R很大或者開(kāi)路的情況下，變壓器初、次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值是非常高的，如果這個(gè)電壓直接加到電源開(kāi)關(guān)管兩端，電源開(kāi)關(guān)管一定會(huì)被擊穿。為了便于分

5、析，我們引進(jìn)一個(gè)半波平均值的概念，我們把Upa、Upa-分別定義為變壓器初、次級(jí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正、負(fù)半周的半波平均值。半波平均值就是把反圖電動(dòng)勢(shì)等效成一個(gè)幅度等于Upa或Upa-2的方波，如圖2b中的Upa-所示。61.3反激式變壓器初次級(jí)線圈的輸出波形圖3圖3a為反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理圖，圖3b為反激式開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈的波形（N1=N2時(shí)）。圖中的Ui、uL1、uL2、Up、Upa、Upa-、Ua、Ua-等前面都已經(jīng)介紹過(guò)，圖3中只多了一個(gè)整流濾波輸出電壓Uo。所謂反激式開(kāi)關(guān)電源，就是電源開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)電源無(wú)功率輸出，僅在電源開(kāi)關(guān)管截止時(shí)才有功率輸出。在反激

6、式開(kāi)關(guān)電源中，由于整流二極管以及儲(chǔ)能濾波電容的作用，它會(huì)把變壓器初、次級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行平均，使峰值脈沖電壓Up（Up-）被平均成半波平均值Upa（Upa-），這相當(dāng)于限幅的作用，因?yàn)槌錆M電的電容相當(dāng)于一個(gè)電壓等于Uo的電池。這種限幅作用是假說(shuō)開(kāi)關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈沒(méi)有漏感的情況下才能成立。71.41.4占空比的選擇和計(jì)算1.4占空比的選擇和計(jì)算1、圖4a中uL1為變壓器初級(jí)線圈N1產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，藍(lán)、紅色箭頭分別表示開(kāi)關(guān)接通和關(guān)斷時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。2、圖4b藍(lán)色為開(kāi)關(guān)接通時(shí)變壓器初級(jí)線圈N1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形；紅色為開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)圖4N1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形。在

7、圖4b中，由于變壓器存儲(chǔ)的能量和釋放的能量相等，所以藍(lán)色波形的面積等于紅色波形的面積。即：Upa-×Ton=Upa×Toff或Ui×Ton=Upa×ToffTonTon把占空比：D==待入上式就可以求得：TTon+ToffUpaUpa=(Upa=(=(Ui=(UiUi＋Ui＋＋＋UpaUpaUpa)Upa)))×DDD…………D……………………（…………（（（7777））））（（（7（777））））式就是我們用來(lái)選擇和計(jì)算占空比式就是我們用來(lái)選擇和計(jì)算占空比式就是我們用來(lái)選擇和計(jì)算占空比D式就是我們用來(lái)