开关电源的基本工作原理 admin    17/07/04



    当作用时间t等于Ton的时候,流过储能滤波电感L的电流iL为最大,但储能滤波电容C的两端电压并没有达到最大值,此时,储能滤波电容C的两端电压还在继续上升,因为,流过储能滤波电感L的电流iL还大于流过负载的电流Io ;当作用时间t等于二分之一Toff的时候,流过储能滤波电感L的电流iL正好等于负载电流Io,储能滤波电容C的两端电压达到最大值,电容停止充电,并开始从充电转为放电。

    可以证明,储能滤波电容进行充电时,电容两端电压是按正弦曲线的速率变化,而储能滤波电容进行放电时,电容两端电压是按指数曲线的速率变化,这一点后面还要详细说明,请参考后面图1-23、图1-24、图1-25的详细分析。

    图1-6中,电容两端的充放电曲线是有意把它的曲率放大了的,实际上它们的变化曲率并没有那么大。因为储能滤波电感L和储能滤波电容构成的时间常数相对于控制开关的接通或关断时间来说非常大(正弦曲线的周期:T = ),即:由储能滤波电感L和储能滤波电容组成谐振回路的谐振频率,相对于开关电源的工作频率来说,非常低,而电容两端的充放电曲线变化范围只相当于正弦曲线零点几度的变化范围,因此,电容两端的充、放电曲线基本上可以看成是直线,这相当于用曲率的平均值取代曲线曲率。同理,图1-3、图1-4、图1-5中储能滤波电容C的两端电压都可以看成是按直线变化的电压,或称为电压或电流锯齿波。

    实际应用中,一般都是利用平均值的概念来计算储能滤波电容C的数值。值得注意的是:滤波电容C进行充、放电的电流ic的平均值Ia正好等于流过负载的电流Io,因为,在D等于0.5的情况下,电容充、放电的时间相等,只要电容两端电压的平均值不变,其充、放电的电流必然相等,并等于流过负载的电流Io。

滤波电容C的计算方法如下:

    由图1-6可以看出,在控制开关的占空比D等于0.5的情况下,电容器充、放电的电荷和充、放电的时间,以及正、负电压纹波值均应该相等,并且电容器充电流的平均值也正好等于流过负载的电流。因此,电容器充时,电容器存储的电荷ΔQ为:

    (1-17)和(1-18)式,就是计算串联式开关电源储能滤波电容的公式(D = 0.5时)。式中:Io是流过负载的电流,T为控制开关K的工作周期,ΔUP-P为输出电压的波纹。电压波纹ΔUP-P一般都取峰-峰值,所以电压波纹正好等于电容器充电或放电时的电压增量,即:ΔUP-P = 2ΔUc 。

    顺便说明,由于人们习惯上都是以输出电压的平均值为水平线,把电压纹波分成正负两部分,所以这里遵照习惯也把电容器充电或放电时的电压增量分成两部分,即:2ΔUc。

    同理,(1-17)和(1-18)式的计算结果,只给出了计算串联式开关电源储能滤波电容C的中间值,或平均值,对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。

    当储能滤波电容的值小于(1-17)式的值时,串联式开关电源滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P会增大,并且当开关K工作的占空比D小于0.5时,由于流过储能滤波电感L的电流iL出现不连续,电容器放电的时间大于电容器充电的时间,因此,开关电源滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P将显著增大。因此,最好按(1-17)式计算结果的2倍以上来选取储能滤波电容的参数



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