開關(guān)電源原理與設(shè)計（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。如果認真對開關(guān)電源電路進行分析，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。用微分方程對電路過渡過程進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或趨于某個固定值時，才可認為電路的過渡過程已經(jīng)進入穩(wěn)定狀態(tài)，但嚴格來說，這種情況在開關(guān)電源電路中不存在。因為，開關(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時刻都在改變，它不可能出現(xiàn)一個穩(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，就可以認為開關(guān)電源已經(jīng)工作于穩(wěn)定狀態(tài)。

例如，當(dāng)開關(guān)電源在一個或兩個工作周期內(nèi)，對應(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，我們就可以認為，開關(guān)電源已經(jīng)進入了穩(wěn)定工作狀態(tài)。

當(dāng)開關(guān)電源進入工作穩(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行電路電路計算或分析。例如，我們在計算流過負載的電流時，一般都是利用輸出電壓的平均值Uo來進行計算，很少考慮輸出電壓紋波對負載的影響，計算負載電流的結(jié)果就是流過負載電流的平均值Io。

然而，在開關(guān)電源的設(shè)計中，開關(guān)電源開機時刻的過渡過程也是不可忽視的，因為，儲能濾波電容存儲的電荷為0，需要很多個工作周期以后，儲能濾波電容才能充滿電，其兩端電壓才基本穩(wěn)定，開關(guān)電源才能進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。下面，我們來詳細分析開關(guān)電源開機時刻的過渡過程。

圖1-19中，當(dāng)工作開關(guān)由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，開關(guān)電源變壓器次級線圈產(chǎn)生的反電動勢為：

式中，q為電容存儲的電荷量，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。