開關電源原理與設計（連載36）交流輸出單電容半橋式變壓器開關電源（part1）

1-8-2-2．交流輸出單電容半橋式變壓器開關電源

圖1-39是單電容半橋式變壓器開關電源的工作原理圖。這里的單電容是把圖1-36中的上分壓電容器C1或下分壓電容器省掉了的意思，因此，圖1-39的單電容半橋式變壓器開關電源是相對于圖1-36的雙電容半橋式變壓器開關電源而言的。

圖1-36的半橋式變壓器開關電源采用兩個電容進行分壓的方式來對開關變壓器進行供電，因此我們把它稱之為雙電容半橋式變壓器開關電源；圖1-39的半橋式變壓器開關電源采用一個電容對開關變壓器進行供電，因此我們把它稱之為單電容半橋式變壓器開關電源。在沒有特別指明的情況下，我們把兩者都統(tǒng)稱半橋式變壓器開關電源。

順便說明，圖1-39中是把圖1-36中的上分壓電容器C1省掉了，但倒過來，如果保留上分壓電容器C1，而去掉下分壓電容器C2，這種上拉式單電容半橋式變壓器開關電源同樣可以正常工作，并且與圖1-39的下拉式單電容半橋式變壓器開關電源有同樣的電器性能，只不過是電壓輸出極性正好相反。

單電容半橋式變壓器開關電源在剛開始工作的時候，由于電容C1事先沒有充滿電，開關電源開始輸出的電壓波形正、負半周是不對稱的，輸出電壓總是正半周的電壓高于負半周的電壓，需要經(jīng)過一段時間以后，輸出電壓才能穩(wěn)定。

開關電源剛開始工作的時候，控制開關K1和K2來回接通和關斷，電容器C1開始反復充、放電，并且電容器C1在開始充、放電的時候，電容器C1兩端電壓的平均值會不斷上升，即電容器C1充電時存儲的電荷量大于放電時釋放的電荷量；需要經(jīng)過一段時間以后，等電容器C1充、放電的電荷量完全相等的時候，即電容器C1兩端的電壓正好等于輸入電壓Ui的一半時，單電容半橋式變壓器開關電源的輸出電壓才開始穩(wěn)定。

下面我們進一步詳細分析單電容半橋式變壓器開關電源的工作原理。

當控制開關K1剛接通的時候，輸入電源Ui通過電容器C1加到開關變壓器初級線圈a、b兩端對開關變壓器進行供電。同時，電容器C1也開始充電，流過電容器C1的電流可看成是由兩部分組成。

一部分電流i1是流過開關變壓器初級線圈N1繞組的勵磁電流，我們可以把開關變壓器初級線圈N1繞組看成是一個電感，這樣就相當于電源電壓Ui通過控制開關K1和電感L對電容器C1進行充電。而另一部分電流i2是流過開關變壓器次級線圈N2繞組折射到初級線圈的電流，這一部分電流相當于電源變壓器次級線圈輸出電流的n倍，n為開關變壓器次級線圈與初級線圈的匝數(shù)比。這樣又相當于電源電壓Ui通過控制開關K1和等效負載電阻R對電容器C1進行充電，請參考圖1-40。

在圖1-40中，圖1-40-a是控制開關K1接通時，電源電壓Ui通過控制開關K1和開關變壓器初級線圈N1繞組對電容器C1進行充電的原理圖，圖1-40-b是把流過開關變壓器初級線圈N1繞組的電流等效成勵磁電流i1與負載電流i2之和。

如要對圖1-40-a或1-40-b的電路進行精確計算，需要求解一組微分方程，計算是很復雜的。不過，我們知道，在電感與電容組成的電路中，電容充電時其兩端的電壓是按正弦曲線上升的，而放電時其兩端的電壓是按余弦曲線下降；在電阻與電容組成的電路中，電容充電時其兩端的電壓是按指數(shù)曲線上升的，而放電時其兩端的電壓是按指數(shù)曲線下降。

在電感與電容串聯(lián)組成的電路中，電容充電時其兩端的電壓是按正弦曲線上升的，其工作原理也很容易理解。由于在電感與電阻，或電容與電阻，串聯(lián)組成的電路中，電感與電容被充電時其兩端的電壓都是按指數(shù)曲線變化；不過電感兩端的電壓是按指數(shù)曲線下降，而電容兩端的電壓則是按指數(shù)曲線上升；如果電感與電容同時被進行串聯(lián)充電，那么電感與電容兩端的電壓將會按一對共扼指數(shù)曲線一起變化，根據(jù)歐拉公式，兩個共扼指數(shù)的代數(shù)和正好是一個正弦函數(shù)或余弦函數(shù)。

電容器充、放電的詳細過程與分析請參考前面《1-7-2．開關電源電路的過渡過程》章節(jié)中與（1-114）、（1-115）等式的相關內(nèi)容，這里我們不再贅述。