開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)(連載20)開關(guān)電源電路的過渡過程
1-7-2.開關(guān)電源電路的過渡過程
前面我們分析過的所有開關(guān)電源電路,很少提到電路過渡過程的概念,實(shí)際上,在開關(guān)電源電路中,工作開關(guān)的接通和關(guān)段,電路中電流和電壓的變化過程,都是屬于電路過渡過程,但我們?yōu)榱朔治龊唵?,都把電路的過渡過程基本忽略掉了。如果認(rèn)真對(duì)開關(guān)電源電路進(jìn)行分析,輸出電路中的電流一般都不是線性的或鋸齒波;輸出電壓也不是一個(gè)矩形波或鋸齒波,我們把它們當(dāng)成矩形波或鋸齒波,只是在一個(gè)特定條件或范圍內(nèi),把它們的變化率或數(shù)值當(dāng)成了一個(gè)平均值來看待。
在具有電感、電容、電阻的電路中,發(fā)生電路過渡過程的電壓、電流一般都是按指數(shù)函數(shù)的曲線規(guī)律變化,正弦或者余弦函數(shù)是指數(shù)函數(shù)的特殊情況。在具有過渡過程的電路中,我們不能簡單地用正弦波電路的計(jì)算方法來分析,用付氏變換的方法也很難分析出精確結(jié)果。用微分方程對(duì)電路過渡過程進(jìn)行分析是最好的方法。
在電路的過渡過程中,一定要考慮電壓或電流的初始值,只有當(dāng)初始值基本為0或趨于某個(gè)固定值時(shí),才可認(rèn)為電路的過渡過程已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),但嚴(yán)格來說,這種情況在開關(guān)電源電路中不存在。因?yàn)椋_關(guān)電源中的工作開關(guān)總是不斷地在接通與關(guān)斷兩中工作狀態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換,并且占空比D時(shí)刻都在改變,它不可能出現(xiàn)一個(gè)穩(wěn)定值。然而,我們可以把開關(guān)電源當(dāng)成一種特殊情況來處理,或把開關(guān)電源電路中,電壓或電流的初始值反復(fù)出現(xiàn)時(shí),就可以認(rèn)為開關(guān)電源已經(jīng)工作于穩(wěn)定狀態(tài)。
例如,當(dāng)開關(guān)電源在一個(gè)或兩個(gè)工作周期內(nèi),對(duì)應(yīng)于工作開關(guān)接通或關(guān)閉的瞬間,某電路的電壓或電流的初始值基本相等,或很接近時(shí),我們就可以認(rèn)為,開關(guān)電源已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)定工作狀態(tài)。
當(dāng)開關(guān)電源進(jìn)入工作穩(wěn)定狀態(tài)以后,為了簡單,我們一般都用電壓或電流的其平均值或半波平均值來進(jìn)行電路電路計(jì)算或分析。例如,我們?cè)谟?jì)算流過負(fù)載的電流時(shí),一般都是利用輸出電壓的平均值Uo來進(jìn)行計(jì)算,很少考慮輸出電壓紋波對(duì)負(fù)載的影響,計(jì)算負(fù)載電流的結(jié)果就是流過負(fù)載電流的平均值Io。
然而,在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中,開關(guān)電源開機(jī)時(shí)刻的過渡過程也是不可忽視的,因?yàn)?,?chǔ)能濾波電容存儲(chǔ)的電荷為0,需要很多個(gè)工作周期以后,儲(chǔ)能濾波電容才能充滿電,其兩端電壓才基本穩(wěn)定,開關(guān)電源才能進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。下面,我們來詳細(xì)分析開關(guān)電源開機(jī)時(shí)刻的過渡過程。
圖1-19中,當(dāng)工作開關(guān)由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí),開關(guān)電源變壓器次級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢為:
式中,q為電容存儲(chǔ)的電荷量,C1和C2為待定系數(shù),ω = ,為角頻率,即電容器充放電的速率。這里為了簡化在不容易混淆的情況下我們經(jīng)常把電感L和電容C的下標(biāo)省去。
評(píng)論