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正激式大功率程控直流电源工作原理解析

正激式大功率程控直流电源输出电压的瞬态操控特性和输出电压负载特性,相对来说比较好,因而,作业比较安稳,输出电压不简单发生颤动,在一些对输出电压参数要求比较高的场合,常常使用。
1-6-1.正激式大功率程控直流电源作业原理
所谓正激式大功率程控直流电源,是指当变压器的初级线圈正在被直流电压鼓励时,变压器的次级线圈正好有功率输出。
正激式大功率程控直流电源工作原理

图1-17是正激式大功率程控直流电源的简略作业原理图,图1-17中Ui是开关大功率程控直流电源的输入电压,T是开关变压器,K是操控开关,L是储能滤波电感,C是储能滤波电容,D2是续流二极管,D3是削反峰二极管,R是负载电阻。
在图1-17中,需求特别注意的是开关变压器初、次级线圈的同名端。如果把开关变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反,图1-17就不再是正激式大功率程控直流电源了。
我们从(1-76)和(1-77)两式可知,改动操控开关K的占空比D,只能改动输出电压(图1-16-b中正半周)的平均值Ua ,而输出电压的幅值Up不变。因而,正激式大功率程控直流电源用于稳压大功率程控直流电源,只能选用电压平均值输出方法。
图1-17中,储能滤波电感L和储能滤波电容C,还有续流二极管D2,就是电压平均值输出滤波电路。其作业原理与图1-2的串联式开关大功率程控直流电源电压滤波输出电路完全相同,这儿不再赘述。关于电压平均值输出滤波电路的具体作业原理,请参看“1-2.串联式开关大功率程控直流电源”部分中的“串联式开关大功率程控直流电源电压滤波输出电路”内容。
正激式大功率程控直流电源有一个最大的缺陷,就是在操控开关K关断的瞬间开关大功率程控直流电源变压器的初、次线圈绕组都会发生很高的反电动势,这个反电动势是由流过变压器初线圈绕组的励磁电流存储的磁能量发生的。因而,在图1-17中,为了避免在操控开关K关断瞬间发生反电动势击穿开关器材,在开关大功率程控直流电源变压器中添加一个反电动势能量吸收反应线圈N3绕组,以及添加了一个削反峰二极管D3。
反应线圈N3绕组和削反峰二极管D3关于正激式大功率程控直流电源是十分必要的,一方面,反应线圈N3绕组发生的感应电动势经过二极管D3能够对反电动势进行限幅,并把限幅能量返回给大功率程控直流电源,对大功率程控直流电源进行充电;另一方面,流过反应线圈N3绕组中的电流发生的磁场能够使变压器的铁心退磁,使变压器铁心中的磁场强度康复到初始状况。
因为操控开关俄然关断,流过变压器初级线圈的励磁电流俄然为0,此刻,流过反应线圈N3绕组中的电流正好顶替本来励磁电流的效果,使变压器铁心中的磁感应强度由最大值Bm返回到剩磁所对应的磁感应强度Br方位,即:流过反应线圈N3绕组中电流是由最大值逐渐改变到0的。由此可知,反应线圈N3绕组发生的感应电动势在对大功率程控直流电源进行充电的一起,流过反应线圈N3绕组中的电流也在对变压器铁心进行退磁。
正激式大功率程控直流电源工作原理

图1-18是图1-17中正激式大功率程控直流电源中几个要害点的电压、电流波形图。图1-18-a)是变压器次级线圈N2绕组整流输出电压波形,图1-18-b)是变压器次级线圈N3绕组整流输出电压波形,图1-18-c)是流过变压器初级线圈N1绕组和次级线圈N3绕组的电流波形。
图1-17中,在Ton期间,操控开关K接通,输入大功率程控直流电源Ui对变压器初级线圈N1绕组加电,初级线圈N1绕组有电流i1流过,在N1两头发生自感电动势的一起,在变压器次级线圈N2绕组的两头也一起发生感应电动势,并向负载供给输出电压。开关变压器次级线圈输出电压巨细由(1-63)、(1-69)、(1-76)、(1-77)等式给出,电压输出波形如图1-18-a)。
图1-18-c)是流过变压器初级线圈电流i1的波形。流过正激式开关大功率程控直流电源变压器的电流与流过电感线圈的电流不同,流过正激式开关大功率程控直流电源变压器中的电流有骤变,而流过电感线圈的电流不能骤变。因而,在操控开关K接通瞬间流过正激式开关大功率程控直流电源变压器的电流马上就能够到达某个安稳值,这个安稳电流值是与变压器次级线圈电流巨细相关的。如果我们把这个电流记为i10,变压器次级线圈电流为i2,那么就是:i10 = n i2 ,其间n为变压器次级电压与初级电压比。
别的,流过正激式开关大功率程控直流电源变压器的电流i1除了i10之外还有一个励磁电流,我们把励磁电流记为∆i1。从图1-18-c)中能够看出,∆i1就是i1中跟着时刻线性增加的部份,励磁电流∆i1由下式给出:
∆i1 = Ui*t/L1 —— K接通期间 (1-80)
当操控开关K由接通俄然转为关断瞬间,流过变压器初级线圈的电流i1俄然为0,因为变压器铁心中的磁通量ф 不能骤变,必须要求流过变压器次级线圈回路的电流也跟着骤变,以抵消变压器初级线圈电流骤变的影响,要么,在变压器初级线圈回路中将呈现十分高的反电动势电压,把操控开关或变压器击穿。
如果变压器铁心中的磁通 发生骤变,变压器的初、次级线圈就会发生无限高的反电动势,反电动势又会发生无限大的电流,而电流又会抵抗磁通的改变,因而,变压器铁心中的磁通改变,终究仍是要遭到变压器初、次级线圈中的电流来束缚的。
因而,操控开关K由接通状况俄然转为关断,变压器初级线圈回路中的电流俄然为0时,变压器次级线圈回路中的电流i2必定正好等于操控开关K接通期间的电流i2(Ton+),与变压器初级线圈励磁电流∆i1被折算到变压器次级线圈的电流之和。但因为变压器初级线圈中励磁电流∆i1被折算到变压器次级线圈的电流∆i1/n的方向与本来变压器次级线圈的电流i2(Ton+)的方向是相反的,整流二极管D1对电流∆i1/n并不导通,因而,电流∆i1/n只能经过变压器次级线圈N3绕组发生的反电动势,经整流二极管D3向输入电压Ui进行反充电。
在Ton期间,因为开关大功率程控直流电源变压器的电流的i10等于0,变压器次级线圈N2绕组回路中的电流i2自然也等于0,所以,流过变压器次级线圈N3绕组中的电流,只要变压器初级线圈中励磁电流∆i1被折算到变压器次级线圈N3绕组回路中的电流i3 (等于∆i1/n),这个电流的巨细是跟着时刻下降的。
一般正激式开关大功率程控直流电源变压器的初级线圈匝数与次级反电动势能量吸收反应线圈N3绕组的匝数是持平的,即:初、次级线圈匝数比为:1 :1 ,因而,∆i1 = i3 。图1-18-c)中,i3用虚线表明。
图1-18-b)正激式开关大功率程控直流电源变压器次级反电动势能量吸收反应线圈N3绕组的电压波形。这儿取变压器初、次级线圈匝数比为:1 :1,因而,当次级线圈N3绕组发生的反电动势电压超越输入电压Ui时,整流二极管D3就导通,反电动势电压就被输入电压Ui和整流二极管D3进行限幅,并把限幅时流过整流二极管的电流送回供电回路对大功率程控直流电源或储能滤波电容进行充电。
准确核算电流i3的巨细,能够依据(1-80)式以及下面方程式求得,当操控开关K封闭时:
e3 = -L3*di/dt = -Ui —— K接通期间 (1-81)
i3 = -(Ui*Ton/nL1)- Ui*t/L3 —— K关断期间 (1-82)
上式中右边的第一项就是流过变压器初级线圈N1绕组中的最大励磁电流被折算到次级线圈N3绕组中的电流,第二项是i3中跟着时刻改变的分量。其间n为变压器次级线圈与初级线圈的变压比。值得注意的是,变压器初、次级线圈的电感量不是与线圈匝数N成正比,而是与线圈匝数N2成正比。由(1-82)式能够看出,变压器次级线圈N3绕组的匝数增多,即:L3电感量增大,变压器次级线圈N3绕组的电流i3就变小,而且简单呈现断流,阐明反电动势的能量简单释放完。因而,变压器次级线圈N3绕组匝数与变压器初级线圈N1绕组匝数之比n最好大于一或等于一。
当N1等于N3时,即:L1等于L3时,上式能够变为:
i3 =Ui(Ton-t)/L3 —— K接通期间 (1-83)
(1-83)式表明,当变压器初级线圈N1绕组的匝数与次级线圈N3绕组的匝数持平时,如果操控开关的占空比D小于0.5,电流i3是不接连的;如果占空比D等于0.5,电流i3为临界接连;如果占空比D大于0.5,电流i3为接连电流。
这儿趁便阐明,在图1-17中,最好在整流二极管D1的两头并联一个高频电容(图中未画出)。其优点一方面能够吸收当操控开关K关断瞬间变压器次级线圈发生的高压反电动势能量,避免整流二极管D1击穿;另一方面,电容吸收的能量在下半周整流二极管D1还没导通前,它会经过放电(与输出电压串联)的形式向负载供给能量。这个并联电容不光能够进步大功率程控直流电源的输出电压(相当于倍压整流的效果),还能够大大地减小整流二极管D1的损耗,进步作业效率。一起,它还会下降反电动势的电压上升率,对下降电磁辐射有优点。

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