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開關電源的基本工作原理

作者: 時間:2012-03-05 來源:網絡 收藏

(1)當Ui = 2Uo時,即濾波輸出電壓Uo等于電源輸入電壓Ui的一半時,或控制開關K的占空比D為二分之一時,流過儲能電感L的電流上升率,在K接通期間與K關斷期間絕對值完全相等,即電感存儲能量的速度與釋放能量的速度完全相等。此時,(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均等于0。在這種情況下,流過儲能電感L的電流iL為臨界連續電流,且濾波輸出電壓Uo等于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-3。

(2)當Ui > 2Uo時,即:濾波輸出電壓Uo小于電源輸入電壓Ui的一半時,或控制開關K的占空比小于二分之一時:雖然在K接通期間,流過儲能電感L的電流上升率(絕對值),大于,在K關斷期間,流過儲能電感L的電流上升率(絕對值);但由于(1-5)式中i(0)等于0,以及Ton小于Toff,此時,(1-11)式中的iLX會出現負值,即輸出電壓反過來要對電感充電,但由于整流二極管D的存在,這是不可能的,這表示流過儲能電感L的電流提前過0,即有斷流。在這種情況下,流過儲能電感L的電流iL不是連續電流,于電流不連續狀態,因此,輸出電壓Uo的紋波比較大,且濾波輸出電壓Uo小于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-4。

(3)當Ui 2Uo時,即:濾波輸出電壓Uo大于電源輸入電壓Ui的一半時,或控制開關K的占空比大于二分之一時:在K接通期間,雖然流過儲能電感L的電流上升率(絕對值),小于,在K關斷期間,流過儲能電感L的電流上升率(絕對值)。但由于Ton大于Toff,(1-5)式中i(0)和(1-11)式中iLX均大于0,即:電感存儲能量每次均釋放不完。在這種情況下,流過儲能電感L的電流iL是連續電流,于連續電流狀態,輸出電壓Uo的紋波比較小,且濾波輸出電壓Uo大于濾波輸入電壓uo的平均值Ua。參看圖1-5。

串聯式儲能濾波電感的計算

從上面分析可知,串聯式開關電源輸出電壓Uo與控制開關的占空比D有關,還與儲能電感L的大小有關,因為儲能電感L決定電流的上升率(di/dt),即輸出電流的大小。因此,正確選擇儲能電感的參數相當重要。

串聯式開關電源最好于臨界連續電流狀態,或連續電流狀態。串聯式開關電源工作于臨界連續電流狀態時,濾波輸出電壓Uo正好是濾波輸入電壓uo的平均值Ua,此時,開關電源輸出電壓的調整率為最好,且輸出電壓Uo的紋波也不大。因此,我們可以從臨界連續電流狀態著手進行分析。我們先看(1-6)式:

1.jpg

當串聯式開關電源工作于臨界連續電流狀態時,即D = 0.5時,i(0) = 0,iLm = 2 Io,因此,(1-6)式可以改寫為:

2.jpg


式中Io為流過負載的電流(平均電流),當D = 0.5時,其大小正好等于流過儲能電感L最大電流iLm的二分之一;T為開關電源的工作周期,T正好等于2倍Ton。

由此求得:

3.jpg



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