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開關(guān)電源中開關(guān)管的工作分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:2499次  |  2019年12月26日  

開關(guān)電源中的開關(guān)管從導(dǎo)通到截止,嚴(yán)格來說是一個非常復(fù)雜的過程,但我們在進(jìn)行工作原理分析的時候,一般都會先對一些非主要問題進(jìn)行簡單化。例如,當(dāng)電源開關(guān)管導(dǎo)通或截止的時候,我們就把它看成是一個理想的開關(guān),其工作時只有兩種狀態(tài),通或斷。但實(shí)際上開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷都是一個很復(fù)雜的過程,它除了通或斷之外,還有一個在高頻時不能忽視的問題,就是開關(guān)管導(dǎo)通時,是從截止區(qū)到放大區(qū),然后再由放大區(qū)到飽和區(qū)的工作過程。這個工作過程需要用微分方程才能求解,在這里我不想對你介紹得太復(fù)雜。


簡單地說,電源開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷都是需要時間的。一般都簡單地把開關(guān)管導(dǎo)通時間ton分為導(dǎo)通延時時間td和導(dǎo)通上升時間tr,而把開關(guān)管關(guān)閉時間toff分為關(guān)閉延時時間tstg(或稱關(guān)閉貯存時間)和關(guān)閉下降時間tf。



圖1是電源開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉過程的測試波形,實(shí)際上圖1中的測試波形也是被簡化過了的,實(shí)際波形中,波形的上升沿一般是一條變化率為正的指數(shù)曲線,而波形的下降沿則是一條變化率為負(fù)的指數(shù)曲線,為了簡單,圖1中都用直線來取代。


開關(guān)電源在第一個工作周期,由于輸出電壓要對濾波儲能電容充電,因?yàn)槌潆婋娏骱艽?,?fù)載會很重(或相當(dāng)于負(fù)載短路),因此一般的開關(guān)電源都要采取軟啟動措施,開始的時候占空比很小,然后才慢慢地趨于正常,即開始的時候輸出功率很小,然后才慢慢變大?;蜷_始的時候,工作電壓比較低,然后才慢慢升高到正常值。


嚴(yán)格地說,開關(guān)電源永遠(yuǎn)都工作在非穩(wěn)定狀態(tài),所謂穩(wěn)定也只是相對而言。例如,開關(guān)電源的穩(wěn)壓過程就是這樣的:當(dāng)輸出電壓升高時,經(jīng)過取樣比較,取樣電路會輸出一個誤差信號給脈寬調(diào)制電路,使占空比減小,從而使輸出電壓降低;當(dāng)輸出電壓降低之后,經(jīng)過取樣比較,取樣電路又會輸出一個誤差信號給脈寬調(diào)制電路,使占空比增加,從而使輸出電壓升高,這樣反復(fù)循環(huán),開關(guān)電源的輸出電壓將永遠(yuǎn)是按一定的頻率在電壓的平均值上下擺動,所謂的穩(wěn)壓只不過是輸出電壓的平均值比較穩(wěn)定而已。


對于流過開關(guān)變壓器初級線圈的電流也不是一個穩(wěn)定值,一般都是一個鋸齒波,整流輸出電流也一樣。對LED進(jìn)行恒流驅(qū)動,一般也是指經(jīng)濾波之后,濾波器輸出的電流比較穩(wěn)定,此穩(wěn)定也是指平均值,而濾波器的輸入電流一般都是一個鋸齒波。


開關(guān)電源開始的第一個周期一般都認(rèn)為是從開關(guān)管導(dǎo)通算為開始,這主要看你要分析的電路是從哪里切入,如果是指開關(guān)電源的所有電路什么時候開始工作,這個可認(rèn)為是從電源開關(guān)一接通就開始工作,如果需要分析各個點(diǎn)的波形,則必須要取電路中的某個器件工作的波形作為參考點(diǎn)(或稱同步)。


在開關(guān)電源開始的第一個周期,一般取樣電路基本上是不工作的,因?yàn)檩敵鲭妷簩V波電容進(jìn)行充電,需要好幾個周期后才能充電到正常值,只有輸出電壓達(dá)到正常值之后,取樣電路才能正常工作。不過取樣電路沒有正常工作之前,其輸出電壓的絕對值等于0,這也算是誤差信號輸出的一種特殊情況(負(fù)最大值)。在此種情況下,如果開關(guān)電源沒有軟啟動電路,開關(guān)管工作時,其占空比將很大,很容易使變壓器飽和,并把開關(guān)管損壞。


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