開(kāi)關(guān)變壓器第十六講 內(nèi)部等效電路分析(2)
發(fā)布時(shí)間:2009-08-13
開(kāi)關(guān)變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路,雖然看起來(lái)基本沒(méi)有區(qū)別,但開(kāi)關(guān)變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析的;等效負(fù)載電阻不是一個(gè)固定參數(shù),它會(huì)隨著開(kāi)關(guān)電源的工作狀態(tài)不斷改變,分布電感與分布電容對(duì)正激式開(kāi)關(guān)電源和反激式開(kāi)關(guān)電源工作的影響也不一樣
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從道理上來(lái)說(shuō),(2-139)式中反電動(dòng)勢(shì)的最大值要比(2-140)式中反電動(dòng)勢(shì)的平均值高很多,但由于分布電容的存在,反電動(dòng)勢(shì)的上升率并沒(méi)有計(jì)算結(jié)果那么高,所以把它等效成一個(gè)方波,計(jì)算起來(lái)更為簡(jiǎn)單。實(shí)際上從能量方面來(lái)考慮也是完全可以的。
(2-140)式對(duì)于計(jì)算漏感 產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)或其它電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)同樣有效。漏感 中存儲(chǔ)的能量可根據(jù)(2-138)式求得;而流過(guò)漏感 的電流,對(duì)于反激式開(kāi)關(guān)電源:可認(rèn)為與勵(lì)磁電流的大小基本相等,因?yàn)椋诜醇な介_(kāi)關(guān)電源中,等效負(fù)載電阻等于無(wú)限大;對(duì)于正激式開(kāi)關(guān)電源:可認(rèn)為與流過(guò)等效負(fù)載電阻的電流大小基本相等,因?yàn)?,在正激式開(kāi)關(guān)電源中,勵(lì)磁電流相對(duì)于流過(guò)等效負(fù)載電阻的電流,很小。
在電源開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷期間,對(duì)于反激式開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)變壓器正好通過(guò)次級(jí)線圈向負(fù)載輸出能量(給儲(chǔ)能濾波電容充電),即等效負(fù)載電阻R的值很小,產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的值也很小;而對(duì)于正激式開(kāi)關(guān)電源,此時(shí)開(kāi)關(guān)變壓器正好沒(méi)有向負(fù)載輸出能量,即等效負(fù)載電阻R的值非常大,產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的值也很大。
因此,在t > t6時(shí)刻,開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)大小,對(duì)于正、反激式開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不一樣的,即:正激式開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載特性與反激式開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載特性正好相反。
從原理上來(lái)說(shuō),用圖2-44的等效電路來(lái)等效開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理有些過(guò)于簡(jiǎn)單,因?yàn)?,在圖2-44中,當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管Q1突然關(guān)斷瞬間,漏感 沒(méi)有放電回路,即負(fù)載電阻為無(wú)限大,根據(jù)(2-140)式,漏感 兩端產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)將非常大;但實(shí)際上,在漏感 產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的時(shí)候,它是可以通過(guò)漏感兩端的分布電容產(chǎn)生并聯(lián)振蕩的,因此,我們可以把圖2-44電路進(jìn)一步改進(jìn)成如圖2-46所示電路。
在圖2-46中,Cs1、Cs2都是分布電容,它們對(duì)于漏感 來(lái)說(shuō),既可以產(chǎn)生串聯(lián)振蕩,又可以產(chǎn)生并聯(lián)振蕩。在電源開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通瞬間,漏感與分布電容主要是產(chǎn)生串聯(lián)振蕩,因?yàn)檩斎腚妷洪_(kāi)始向串聯(lián)振蕩回路提供能量;在電源開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷瞬間,漏感與分布電容主要是產(chǎn)生并聯(lián)振蕩,因?yàn)槁└?必須要通過(guò)并聯(lián)回路釋放能量。在實(shí)際應(yīng)用中,漏感相對(duì)于勵(lì)磁電感 來(lái)說(shuō)很小,因此如果不考慮漏感的作用,完全可以把Cs1、Cs2看成是一個(gè)分布電容。
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由于在變壓器線圈中,分布電容和分布電感是由非常多的電容和漏感互相串、并聯(lián)在一起組成,如要嚴(yán)格地用集中參數(shù)完全把它們等效是很難的。至于等效電路是采用串聯(lián)還是并聯(lián),這主要看它在電路中所起的關(guān)鍵作用。例如,在電源開(kāi)關(guān)管接通時(shí),串聯(lián)電容的作用是主要的;而在電源開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí),并聯(lián)電容的作用反而是主要的。
從圖2-45-c以及(2-140)式可以看出,漏感 產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的幅度一般都等于或大于輸入電源電壓的幅度,即加到電源開(kāi)關(guān)管D極的電壓最高可達(dá)輸入電壓的兩倍,或者更高。這是因?yàn)殡娫撮_(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間一般都很短,而漏感釋放能量時(shí)等效負(fù)載電阻很大的緣故。因此,如果不對(duì)電源開(kāi)關(guān)管采取保護(hù)措施,反電動(dòng)勢(shì)很容易就把電源開(kāi)關(guān)管打穿。
根據(jù)(2-140)式,降低漏感反電動(dòng)勢(shì)幅度的最有效方法是減小負(fù)載電阻 的阻值。圖2-47所示電路,就是一種采用減小負(fù)載電阻的方法來(lái)降低漏感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)幅度的電路。
圖2-47中的D1、R1、C1是抑制漏感以及勵(lì)磁電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)和振鈴電壓幅度的有效電路。當(dāng)變壓器初級(jí)漏感以及勵(lì)磁電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)時(shí),反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管D1對(duì)電容器C1進(jìn)行充電,相當(dāng)于電容器把反電動(dòng)勢(shì)的能量吸收掉,從而降低了反電動(dòng)勢(shì)和振鈴電壓的幅度。
電容器C1在吸收反電動(dòng)勢(shì)的能量的過(guò)程中,其兩端電壓也會(huì)提高,但它可以通過(guò)R1進(jìn)行放電,使電容器兩端的電壓基本保持在一個(gè)合理的范圍。即:電容器C1在吸收反電動(dòng)勢(shì)的能量是有條件的,只有反電動(dòng)勢(shì)的的幅度超過(guò)某個(gè)值之后,它才開(kāi)始吸收。正確選擇RC放電的時(shí)間常數(shù),使電容器在下次充電時(shí)的剩余電壓剛好略高于方波電壓的幅度,而電容充滿(mǎn)電的幅度又低于開(kāi)關(guān)管的耐壓幅度,此時(shí)電源的工作效率最高。
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從道理上來(lái)說(shuō),(2-139)式中反電動(dòng)勢(shì)的最大值要比(2-140)式中反電動(dòng)勢(shì)的平均值高很多,但由于分布電容的存在,反電動(dòng)勢(shì)的上升率并沒(méi)有計(jì)算結(jié)果那么高,所以把它等效成一個(gè)方波,計(jì)算起來(lái)更為簡(jiǎn)單。實(shí)際上從能量方面來(lái)考慮也是完全可以的。
(2-140)式對(duì)于計(jì)算漏感 產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)或其它電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)同樣有效。漏感 中存儲(chǔ)的能量可根據(jù)(2-138)式求得;而流過(guò)漏感 的電流,對(duì)于反激式開(kāi)關(guān)電源:可認(rèn)為與勵(lì)磁電流的大小基本相等,因?yàn)椋诜醇な介_(kāi)關(guān)電源中,等效負(fù)載電阻等于無(wú)限大;對(duì)于正激式開(kāi)關(guān)電源:可認(rèn)為與流過(guò)等效負(fù)載電阻的電流大小基本相等,因?yàn)?,在正激式開(kāi)關(guān)電源中,勵(lì)磁電流相對(duì)于流過(guò)等效負(fù)載電阻的電流,很小。
在電源開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷期間,對(duì)于反激式開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)變壓器正好通過(guò)次級(jí)線圈向負(fù)載輸出能量(給儲(chǔ)能濾波電容充電),即等效負(fù)載電阻R的值很小,產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的值也很小;而對(duì)于正激式開(kāi)關(guān)電源,此時(shí)開(kāi)關(guān)變壓器正好沒(méi)有向負(fù)載輸出能量,即等效負(fù)載電阻R的值非常大,產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的值也很大。
因此,在t > t6時(shí)刻,開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)大小,對(duì)于正、反激式開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)是不一樣的,即:正激式開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載特性與反激式開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載特性正好相反。
從原理上來(lái)說(shuō),用圖2-44的等效電路來(lái)等效開(kāi)關(guān)變壓器的工作原理有些過(guò)于簡(jiǎn)單,因?yàn)?,在圖2-44中,當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管Q1突然關(guān)斷瞬間,漏感 沒(méi)有放電回路,即負(fù)載電阻為無(wú)限大,根據(jù)(2-140)式,漏感 兩端產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)將非常大;但實(shí)際上,在漏感 產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的時(shí)候,它是可以通過(guò)漏感兩端的分布電容產(chǎn)生并聯(lián)振蕩的,因此,我們可以把圖2-44電路進(jìn)一步改進(jìn)成如圖2-46所示電路。
在圖2-46中,Cs1、Cs2都是分布電容,它們對(duì)于漏感 來(lái)說(shuō),既可以產(chǎn)生串聯(lián)振蕩,又可以產(chǎn)生并聯(lián)振蕩。在電源開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通瞬間,漏感與分布電容主要是產(chǎn)生串聯(lián)振蕩,因?yàn)檩斎腚妷洪_(kāi)始向串聯(lián)振蕩回路提供能量;在電源開(kāi)關(guān)管Q1關(guān)斷瞬間,漏感與分布電容主要是產(chǎn)生并聯(lián)振蕩,因?yàn)槁└?必須要通過(guò)并聯(lián)回路釋放能量。在實(shí)際應(yīng)用中,漏感相對(duì)于勵(lì)磁電感 來(lái)說(shuō)很小,因此如果不考慮漏感的作用,完全可以把Cs1、Cs2看成是一個(gè)分布電容。
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由于在變壓器線圈中,分布電容和分布電感是由非常多的電容和漏感互相串、并聯(lián)在一起組成,如要嚴(yán)格地用集中參數(shù)完全把它們等效是很難的。至于等效電路是采用串聯(lián)還是并聯(lián),這主要看它在電路中所起的關(guān)鍵作用。例如,在電源開(kāi)關(guān)管接通時(shí),串聯(lián)電容的作用是主要的;而在電源開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí),并聯(lián)電容的作用反而是主要的。
從圖2-45-c以及(2-140)式可以看出,漏感 產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的幅度一般都等于或大于輸入電源電壓的幅度,即加到電源開(kāi)關(guān)管D極的電壓最高可達(dá)輸入電壓的兩倍,或者更高。這是因?yàn)殡娫撮_(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)間一般都很短,而漏感釋放能量時(shí)等效負(fù)載電阻很大的緣故。因此,如果不對(duì)電源開(kāi)關(guān)管采取保護(hù)措施,反電動(dòng)勢(shì)很容易就把電源開(kāi)關(guān)管打穿。
根據(jù)(2-140)式,降低漏感反電動(dòng)勢(shì)幅度的最有效方法是減小負(fù)載電阻 的阻值。圖2-47所示電路,就是一種采用減小負(fù)載電阻的方法來(lái)降低漏感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)幅度的電路。
圖2-47中的D1、R1、C1是抑制漏感以及勵(lì)磁電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)和振鈴電壓幅度的有效電路。當(dāng)變壓器初級(jí)漏感以及勵(lì)磁電感產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)時(shí),反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管D1對(duì)電容器C1進(jìn)行充電,相當(dāng)于電容器把反電動(dòng)勢(shì)的能量吸收掉,從而降低了反電動(dòng)勢(shì)和振鈴電壓的幅度。
電容器C1在吸收反電動(dòng)勢(shì)的能量的過(guò)程中,其兩端電壓也會(huì)提高,但它可以通過(guò)R1進(jìn)行放電,使電容器兩端的電壓基本保持在一個(gè)合理的范圍。即:電容器C1在吸收反電動(dòng)勢(shì)的能量是有條件的,只有反電動(dòng)勢(shì)的的幅度超過(guò)某個(gè)值之后,它才開(kāi)始吸收。正確選擇RC放電的時(shí)間常數(shù),使電容器在下次充電時(shí)的剩余電壓剛好略高于方波電壓的幅度,而電容充滿(mǎn)電的幅度又低于開(kāi)關(guān)管的耐壓幅度,此時(shí)電源的工作效率最高。
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