開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載43)全橋式變壓器開關(guān)電源
1-8-3.全橋式變壓器開關(guān)電源
全橋式變壓器開關(guān)電源也屬于雙激式變壓器開關(guān)電源。它同時(shí)具有推挽式變壓器開關(guān)電源電壓利用率高,又具有半橋式變壓器開關(guān)電源耐壓高的特點(diǎn)。因此,全橋式變壓器開關(guān)電源經(jīng)常用于工作電壓高,輸出大功率大的場(chǎng)合。
1-8-3-1.全橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理
圖1-47是全橋式變壓器開關(guān)電源工作原理圖。圖中,K1、K2、K3、K4是4個(gè)控制開關(guān),它們被分成兩組;K1和K4為一組,K2和K3為另一組。開關(guān)電源工作的時(shí)候,總是一組接通,另一組關(guān)斷,兩組控制開關(guān)輪流交替工作;T為開關(guān)變壓器,N1為變壓器的初級(jí)線圈,N2為變壓器的次級(jí)線圈;Ui為直流輸入電壓,R為負(fù)載電阻;uo為輸出電壓,io為流過(guò)負(fù)載的電流。
從圖1-47原理圖中可以看出,控制開關(guān)K1和K4與控制開關(guān)K2和K3正好組成一個(gè)電橋的兩臂,變壓器作為負(fù)載被跨接于電橋兩臂的中間。因此,我們把圖1-47的電路稱為全橋式開關(guān)電源電路。
圖1-47中,當(dāng)控制開關(guān)K1和K4接通時(shí)候,電源電壓Ui被加到變壓器初級(jí)線圈N1繞組的a、b兩端,同時(shí),由于電磁感應(yīng)的作用在變壓器次級(jí)線圈N2繞組的兩端也會(huì)輸出一個(gè)與N1繞組輸入電壓Ui成正比的電壓,并加到負(fù)載R的兩端,使開關(guān)電源輸出一個(gè)正半周電壓。
當(dāng)控制開關(guān)控制開關(guān)K1和K4由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時(shí)候,控制開關(guān)K2和K3則由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通,電源電壓Ui被加到變壓器初級(jí)線圈N1繞組的b、a兩端;同理,由于電磁感應(yīng)的作用在變壓器次級(jí)線圈N2繞組的兩端也會(huì)輸出一個(gè)與N1繞組輸入電壓成正比的電壓,并加到負(fù)載R的兩端,使開關(guān)電源輸出一個(gè)負(fù)半周電壓。
全橋式變壓器開關(guān)電源工作原理與推挽式變壓器開關(guān)電源以及半橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理是很相似的,因此,分析方法也基本相同。下面我們進(jìn)一步詳細(xì)分析全橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理。
當(dāng)控制開關(guān)K1和K4接通時(shí)候,電源電壓Ui被加到變壓器初級(jí)線圈N1繞組的a、b兩端,在變壓器初級(jí)線圈N1繞組中將有電流經(jīng)過(guò),通過(guò)電磁感應(yīng)會(huì)在變壓器的鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng),并產(chǎn)生磁力線;同時(shí),在初級(jí)線圈N1繞組的兩端要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)e1,在次級(jí)線圈N2繞組的兩端也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2;感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2作用于負(fù)載R的兩端,從而產(chǎn)生負(fù)載電流。
因此,在初、次級(jí)電流的共同作用下,在變壓器的鐵心中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由流過(guò)變壓器初、次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)的大小可用磁力線通量(簡(jiǎn)稱磁通量),即磁力線的數(shù)目Φ 來(lái)表示。
如果用Φ1來(lái)表示變壓器初級(jí)線圈N1繞組電流產(chǎn)生的磁通量,用 Φ2來(lái)表示變壓器次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通量,由于變壓器初、次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向總是相反,則在控制開關(guān)K1和K4接通期間,由流過(guò)變壓器初、次級(jí)線圈電流在變壓器鐵心中產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的總磁通量Φ 為:
Φ = Φ1- Φ2 —— K1和K4接通期間 (1-179)
其中變壓器初級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通 Φ1還可以分成兩個(gè)部分,一部分用來(lái)抵消變壓器次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通 Φ2,記為 Φ10,另一部分是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通,記為ΦΔ 1。顯然 Φ10 =- Φ2,ΦΔ 1 =Φ 。即:變壓器鐵心中產(chǎn)生的磁通量 ,只與流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流有關(guān),與流過(guò)變壓器次級(jí)線圈中的電流無(wú)關(guān);流過(guò)變壓器次級(jí)線圈中的電流產(chǎn)生的磁通Φ,完全被流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的另一部分電流產(chǎn)生的磁通抵消。
根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1繞組回路列出方程:
e1 = N1*dΦ/dt =Uab —— K1和K4接通期間 (1-180)
上式中,e1為變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì),Uab為電源加于變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電壓,Uab =Ui,變壓器鐵心中磁通的變化率。
同樣,可以對(duì)變壓器次級(jí)線圈N2繞組回路列出方程:
e2 = N2*dΦ/dt =(Up)—— K1和K4接通期間 (1-181)
上式中,(Up)為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N2繞組正激輸出電壓的幅值,用括弧匡住來(lái)表示。由于流過(guò)開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組的勵(lì)磁電流或開關(guān)變壓器鐵心中的磁通是線性變化的,所以我們可認(rèn)為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N2繞組正激輸出電壓是一個(gè)方波。方波的幅值Up與半波平均值Upa以及有效值Uo三者完全相等。
根據(jù)(1-180)式和(1-181)式可以求得:
(Up)= e2 =ne1 =nUi —— K1和K4接通期間 (1-182)
(1-182)式就是全橋式變壓器開關(guān)電源正激輸出時(shí)的電壓關(guān)系式。上式中,(Up)為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N2繞組正激輸出電壓的幅值;Ui為開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈N1繞組的輸入電壓;n為變壓器次、初級(jí)線圈的變壓比,即:開關(guān)變壓器次級(jí)線圈輸出電壓與初級(jí)線圈輸入電壓之比,n也可以看成是開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N2繞組與初級(jí)線圈N1繞組的匝數(shù)比,即:n = N2/N1。
由此可知,在控制開關(guān)K1和K4接通期間,全橋式變壓器開關(guān)電源變壓器次級(jí)輸出的正激電壓幅值只與輸入電壓和變壓器的次/初級(jí)變壓比有關(guān)系。
同理我們也可以求得,當(dāng)控制開關(guān)K2和K3接通時(shí),開關(guān)變壓器N2線圈繞組輸出的正激電壓幅值(Up-)為:
(Up-)= -e2 =-ne1 = -nUi —— K2和K3接通期間 (1-183)
上式中的負(fù)號(hào)表示e2的符號(hào)與(1-182)中的符號(hào)相反,(Up-)表示與(Up)的極性相反,因?yàn)?Uab=-Uba 。
評(píng)論