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分享基于反激拓扑电路中连续工作状态的答疑

2014-01-21 15:15 来源:电源网 编辑:云际

反激拓扑电路处于连续工作状态时,应满足Vo=Vi*(D/1-D)*(Ns/Np),其输出电压与负载的大小无关。


对此理解是在连续工作态时变压器中始终是储存有一部分能量的,因为开关管由截止变导通的瞬间次级绕组的电流并未降到0,初级绕组的电流也并非从0开始上升。在开关管截止期间变压器所释放出的能量其实是开关管导通期间变压器所蓄入的能量,两者是平衡的,它自身原来就有的那部分能量并未消耗。


假设当负载加重时,Io要变大,Vo、Vi和D都保持不变,那么此时负载多消耗的能量就由变压器始终储存的那部分能量来供给,但却没有新的能量补充进来,那部分能量终究是有限的,如果若干个周期之后消耗殆尽了会怎样呢?是不是就进入不连续工作状态了呢?


同理,当负载减轻时,每个周期都会有一部分能量剩余下来储存在变压器中,变压器中积蓄的能量会越来越多,磁心会饱和,这违背了磁通复位的原则啊。


电源1


结合上面的图说说自己的理解,Rs上的电压波形应为黑线所绘波形(最上面的那条黑色横线代表UC3842内部电流检测比较器的反向端电平),开关管导通瞬间原边的起始电流为Ip1。在负载不变的情况下这是一个稳定的工作状态。


当负载变重时(Io变大),会引起Vo的瞬时变化,但反馈回路和芯片内的PWM调制器会迅速调整占空比使Vo稳定。根据连续状态下的公式Vo=Vi*(D/1-D)*(Ns/Np),调整稳定后上式中的所有参数均不会变化,可是对于变压器而言,输出的功率还是变大了,这部分功率只有由变压器储存的那部分多余能量来供给,所以Ip1会降低至Ip2,又因为原边电流上升的斜率并未改变,电流检测比较器的反向端门限电平也没变,那么此时的波形就应该如红线所示,这样一来占空比不是就变大了么,与前面式中的D不变相互矛盾,疑惑就在这里了。


1-1


依图,在稳态时,VO与IO无关,但当IO增大时,由于稳态时的D固定,所以VO瞬间会有所下降,这一变化会通过反馈环路传到初级的PWM控制电路,使得TON增加,在频率,VIN和初级L固定的情形下,初级电流峰值由稳态的IP2增大到IP2'(斜率=VIN/L不变),在开关管截止时,IP2'传递到次级形成IS2'并向负载放电,其下降速度基本和稳态时的相同,但此时由于TON增大,所以TOFF必然由稳态时的TOFF缩减到TOFF',在下一个周期开始的瞬间,次级尚未泻放完的电流IS1'(必然大于IS1)又反射回初级,使得初级电流从IP1' (IP1'>IP1)开始上升,经过若干个周期之后,VO重新达到稳定,此时的D又回到原先的稳定状态,但在新的稳定状态下,初级电流峰值增大到 IP2"且稳定,从图中可以看出次级平均电流(也就是输出电流IO)变大了。因此,VO=VI(D/1-D)(NS/NP)是指稳态时的输入输出关系。


另外,当负载电流加大到一定程度时,初级峰值电流增加,使得在RS上的压降达到控制IC(比如3842等)内部的限流阀值时,在动态调节过程中的D就不可能再增大了,此时VO下降,无法恢复到稳定态的值,所以,在设计时要注意RS的大小和变压器的参数以及开关频率的设定,否则会出现带不起足够负载的情况。从上面的图中也可形象地看出,负载加大后会使得变压器中的直流剩磁增大,所以足够且合理的气隙是很重要的。


分析过程中多次提到“稳态”一词,是否是指Vo=Vi(D/1-D)(Ns/Np)这个公式只适用于稳态分析呢?当负载发生变化,PWM控制电路自我调整到一个新的稳态之前(暂且把这个调整的过程称为暂态吧),是不能套用这个公式的,因为新的稳态与之前的稳态参数是不一样的,Vo和D都发生了微小的变化,Ipp也变了,所以才能适应负载电流的变化。

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