開關電源占空比.doc

《開關電源占空比.doc》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。

1、開關電源占空比的選擇與開關變壓器初次級線圈匝數(shù)比的計算作者：陶顯芳發(fā)布時間：2011-07-04文章來源：華強北·電子市場價格指數(shù)瀏覽量：61929下面是開關電源設計務必掌握的知識1、開關電源占空比的選擇與計算2、開關變壓器初次級線圈匝數(shù)比的計算?希望從事開關電源設計的工程師對此感興趣???概述：占空比是脈沖寬度調制(PWM)開關電源的調制度，開關電源的穩(wěn)壓功能就是通過自動改變占空比來實現(xiàn)的，開關電源的輸出電壓與占空比成正比，開關電源輸出電壓的變化范圍基本上就是占空比的變化范圍。由于開關電源輸出電壓的變化范圍受到電源開關管擊穿電

2、壓的限制，因此，正確選擇占空比的變化范圍是決定開關電源是否可靠工作的重要因素；而占空比的選擇主要與開關電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比有關，因此，正確選擇開關電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比也是一個非常重要的因素。???開關電源占空比和開關電源變壓器初、次級線圈的匝數(shù)比的正確選擇涉及到對開關電源變壓器初、次級線圈感應電動勢的計算。因此，下面我們先從分析開關電源變壓器初、次級線圈感應電動勢開始。1.1占空比的定義???占空比一般是指，在開關電源中，開關管導通的時間與工作周期之比，即：???（1）式中：D為占空比，Ton為開關管導通的時

3、間，Toff為開關管關斷的時間，T為開關電源的工作周期。?對于一個脈沖波形也可以用占空比來表示，如圖1所示。???在反激式開關電源中，開關管導通的時候，變壓器次級線圈是沒有功率輸出的，如果把（1）中的D記為D1，（2）式中的D記為D2，則D1、D2有下面關系：1.2開關變壓器初次級線圈的輸出波形???圖2a是輸出電壓為交流的開關電源工作原理圖。為了便于分析，我們假說變壓器初次級線圈的變壓比為1:1（即N1=N2，L1=L2），當開關K又導通轉斷開時，變壓器初級、次級線圈產(chǎn)生感應電動勢為：???（6）式中：為變壓器初級線圈的勵磁電

4、流，由此可知，變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的反電動勢主要是由勵磁電流產(chǎn)生的。我們從（5）可以看出，當變壓器初、次級線圈的負載電阻R很大或者開路的情況下，變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢峰值是非常高的，如果這個電壓直接加到電源開關管兩端，電源開關管一定會被擊穿。???為了便于分析，我們引進一個半波平均值的概念，我們把Upa、Upa-分別定義為變壓器初、次級線圈感應電動勢正、負半周的半波平均值。半波平均值就是把反電動勢等效成一個幅度等于Upa或Upa-的方波，如圖2b中的Upa-所示。1.3反激式變壓器初次級線圈的輸出波形?圖3a為反激

5、式開關電源的工作原理圖，圖3b為反激式開關電源變壓器初、次級線圈的波形（N1=N2時）。圖中的Ui、uL1、uL2、Up、Upa、Upa-、Ua、Ua-等前面都已經(jīng)介紹過，圖3中只多了一個整流濾波輸出電壓Uo。???所謂反激式開關電源，就是電源開關管導通時，開關電源無功率輸出，僅在電源開關管截止時才有功率輸出。在反激式開關電源中，由于整流二極管以及儲能濾波電容的作用，它會把變壓器初、次級線圈產(chǎn)生的反電動勢進行平均，使峰值脈沖電壓Up（Up-）被平均成半波平均值Upa（Upa-），這相當于限幅的作用，因為充滿電的電容相當于一個電壓

6、等于Uo的電池。這種限幅作用是假說開關電源變壓器初、次級線圈沒有漏感的情況下才能成立。1.4占空比的選擇和計算???1、圖4a中uL1為變壓器初級線圈N1產(chǎn)生的反電動勢，藍、紅色箭頭分別表示開關接通和關斷時，感應電動勢的方向。???2、圖4b藍色為開關接通時變壓器初級線圈N1產(chǎn)生的感應電動勢波形；紅色為開關關斷時N1產(chǎn)生的感應電動勢波形。???在圖4b中，由于變壓器存儲的能量和釋放的能量相等，所以藍色波形的面積等于紅色波形的面積。??????????????即：??Upa-×Ton=Upa×Toff???或????Ui×Ton=

7、Upa×Toff?把占空比：待入上式就可以求得：Upa=(Ui＋Upa)×D…………（7）???（7）式就是我們用來選擇和計算占空比D的關系式。???由圖4a和圖4c可以看出，（7）式括弧中的值（Ui＋Upa）正好就是電源開關管兩端的電壓，電源開關管的耐壓有限，因此，開關電源的最大占空比要受到電源開關管的最高耐壓BVm值的限制。????在實際應用中，由于變壓器初級線圈的漏感是不能忽視的，因為，這個漏感產(chǎn)生的反電動勢不能通過次級整流濾波電路對其進行限幅。從（5）式可知，這個反電動勢的峰值非常大。因此，在變壓器初級線圈回路中還要另設

8、一個限幅電路，如圖5所示。???中L0為變壓器初級線圈的漏感（一般為5~10%，與初次級線圈的繞法有關），L0產(chǎn)生的反電動勢會迭加在初級線圈L1產(chǎn)生的半波平均值電壓上。通過D1、C1、R1的作用可以對L0產(chǎn)生的反電動勢進行限幅，其半波平均值的大小，可以通過調整R