【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。但在應(yīng)用中，大多數(shù)并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓還是經(jīng)過(guò)整流濾波后的直流電壓，因此，一般開關(guān)電源的輸出電路都帶有整流濾波電路。圖112是帶有整流濾波功能的并聯(lián)式開關(guān)電源工作原理圖。圖112中，Ui是開關(guān)電源的工作電壓，L是儲(chǔ)能電感，eL為電流iL在儲(chǔ)能電感兩端產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，K是控制開關(guān)，R是負(fù)載。而圖11圖11 、 ，圖112電路中各點(diǎn)的電壓、電流波形。圖圖11圖11圖115中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，uo是控制開關(guān)K兩端的輸出電壓，uc是濾波電容兩端的輸出電壓，Up是開關(guān)電源輸出的峰值電壓，Uo是開關(guān)電源輸出電壓（平均值），Ua是開關(guān)電源輸出的平均電壓，iL是流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流，iLm是流過(guò)儲(chǔ)能電感L電流的最大值，Io是流過(guò)負(fù)載R的電流（平均值）。當(dāng)控制開關(guān)K接通時(shí)，輸入電源Ui開始對(duì)儲(chǔ)能電感L加電，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流iL開始增加，同時(shí)電流在儲(chǔ)能電感中也要產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)eL；當(dāng)控制開關(guān)K由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時(shí)候，儲(chǔ)能電感也會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)eL。eL反電動(dòng)勢(shì)的方向與開關(guān)K關(guān)斷前的方向相反，但與電流的方向相同，因此，在控制開關(guān)K兩端的輸出電壓uo等于輸入電壓Ui與反電動(dòng)勢(shì)eL之和。因此，在Ton期間：對(duì)上式進(jìn)行積分，可求得流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流為：（144）式中iL為流過(guò)儲(chǔ)能電感L電流的瞬時(shí)值，t為時(shí)間變量；i(0)為的初始電流，即：控制開關(guān)K接通瞬間之前，流過(guò)儲(chǔ)能電感L中的電流。當(dāng)開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，i(0) = 0 ，由此可以求得流過(guò)儲(chǔ)能電感L的最大電流為：在開關(guān)關(guān)斷Toff期間，控制開關(guān)K關(guān)斷，儲(chǔ)能電感L把電流iLm轉(zhuǎn)化成反電動(dòng)勢(shì)，與輸入電壓Ui串聯(lián)迭加，通過(guò)整流二極管D繼續(xù)向負(fù)載R提供能量，在此期間儲(chǔ)能電感L兩端的電壓eL為：式中負(fù)號(hào)表示反電動(dòng)勢(shì)eL的極性與（143）式相反，即：K接通與關(guān)斷時(shí)電感的反電動(dòng)勢(shì)的極性正好相反。對(duì)（146）式進(jìn)行積分得：式中i（Ton+）為控制開關(guān)K從Ton轉(zhuǎn)換到Toff的瞬間之前流過(guò)電感的電流，i（Ton+）也可以寫為i（Toff），即：控制開關(guān)K關(guān)斷或接通瞬間，之前和之后流過(guò)電感L的電流相等。實(shí)際上（147）式中的i（Ton+）就是（145）式中的iLm，因此，（19）式可以改寫為：當(dāng)t = Toff時(shí)iL達(dá)到最小值。其最小值為：當(dāng)開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時(shí)，流過(guò)儲(chǔ)能電感的初始電流i(0)等于0（參看圖113），即：（149）式中流過(guò)儲(chǔ)能電感電流的最小值iLX等于0。因此，由（145）和（149）式，可求得反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出電壓Uo為：一般，并聯(lián)式開關(guān)電源的輸出電壓Uo都是取自輸出電壓uo脈沖電壓的幅值Up ，經(jīng)整流濾波以后儲(chǔ)能濾波電容C兩端的輸出電壓基本就是Up ，即：這里特別指出：（150）和（151）式的結(jié)果，雖然是以開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)的條件求得，但對(duì)于開關(guān)電源工作于連續(xù)電流狀態(tài)或斷流狀態(tài)同樣成立，因?yàn)椋敵鲭妷篣o只取其峰值電壓Up，而不是取其平均值。另外，并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua與輸入電壓的大小相等，即：由于其輸出電壓uo的幅值等于輸入電壓Ui與儲(chǔ)能電感L產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)eL之和，因此，并聯(lián)式開關(guān)電源一般都是取其輸出電壓uo的幅值Up作為輸出（電壓幅值的提取方法留待后面詳細(xì)討論）。所以，并聯(lián)式開關(guān)電源屬于升壓型開關(guān)電源。雖然并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的幅度比輸入電壓可以提高，但其輸出電壓的平均值Ua與控制開關(guān)K的占空比D的大小無(wú)關(guān)，即：并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的平均值Ua永遠(yuǎn)等于輸入電壓Ui 。并聯(lián)開關(guān)電源儲(chǔ)能電感的計(jì)算與前面計(jì)算反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源中儲(chǔ)能電感的數(shù)值方法基本相同，計(jì)算并聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能電感也是從流過(guò)儲(chǔ)能電感的電流為臨界連續(xù)電流狀態(tài)著手進(jìn)行分析。并聯(lián)式開關(guān)電源中的儲(chǔ)能電感與反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源中的儲(chǔ)能電感工作原理基本一樣，都是在控制開關(guān)K關(guān)斷期間才產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)向負(fù)載提供能量，因此，流過(guò)負(fù)載的電流只有流過(guò)儲(chǔ)能電感電流的四分之一。根據(jù)（145）式：（145）式可以改寫為：式中Io為流過(guò)負(fù)載的電流，當(dāng)D = ，其大小等于最大電流iLm的四分之一；T為開關(guān)電源的工作周期，T正好等于2倍Ton。由此求得：或：（154）和（155）式，就是計(jì)算并聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能電感的公式。同理，（154）和（155）式的計(jì)算結(jié)果，只給出了計(jì)算并聯(lián)開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感L的中間值，或平均值，對(duì)于極端情況可以在平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。對(duì)于電感取不同數(shù)值和在不同的占空比狀態(tài)下工作的情況分析，請(qǐng)參考前面關(guān)于“反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源儲(chǔ)能電感的計(jì)算”內(nèi)容的論述。并聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算并聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算，可以參考前面串聯(lián)式開關(guān)電源或反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源中儲(chǔ)能濾波電容的計(jì)算方法，同時(shí)還可以參考圖16中儲(chǔ)能濾波電容C的充、放電過(guò)程。這里要特別注意的是，并聯(lián)式開關(guān)電源與反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源中的儲(chǔ)能電感一樣，僅在控制開關(guān)K關(guān)斷期間才產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)向負(fù)載提供能量，因此，儲(chǔ)能濾波電容器充電的時(shí)間與放電的時(shí)間也不相等，電容器充電的時(shí)間小于半個(gè)工作周期，而電容器放電的時(shí)間則大于半個(gè)工作周期，但電容器充、放電的電荷是相等的，即電容器充電時(shí)的電流大于放電時(shí)的電流。從圖113可以看出，并聯(lián)式開關(guān)電源，流過(guò)負(fù)載的電流比串聯(lián)式開關(guān)電源流過(guò)負(fù)載的電流小一倍，流過(guò)負(fù)載的電流Io只有流過(guò)儲(chǔ)能電感最大電流iLm的四分之一。，電容器充電的時(shí)間為 ，電容充電電流的平均值為 ，或 ；而電容器放電的時(shí)間為 ， Io。因此有：式中ΔQ為電容器充電的電荷，Io流過(guò)負(fù)載的平均電流，T為工作周期。電容充電時(shí)，電容兩端的電壓由最小值充到最大值（絕對(duì)值），相應(yīng)的電壓增量為2ΔUc，由此求得電容器兩端的波紋電壓ΔUPP為：由此求得：或：（158）和（159）式，就是計(jì)算并聯(lián)開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容的公式（D = ）。式中：Io是流過(guò)負(fù)載電流的平均值，T為開關(guān)工作周期，ΔUPP為濾波輸出電壓的波紋，或電壓紋波。一般波紋電壓都是取電壓增量的峰峰值，因此，當(dāng)D = ，波紋電壓等于電容器充電的電壓增量，即：ΔUPP = 2ΔUc 。同理，（158）和（159）式的計(jì)算結(jié)果，只給出了計(jì)算并聯(lián)式開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電容C的中間值，或平均值，對(duì)于極端情況可以在平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。，由于流過(guò)儲(chǔ)能濾波電感L的電流會(huì)不連續(xù)，電容器放電的時(shí)間將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電容器充電的時(shí)間，因此，開關(guān)電源濾波輸出電壓的紋波將顯著增大。另外，開關(guān)電源的負(fù)載一般也不是固定的，當(dāng)負(fù)載電流增大的時(shí)候，開關(guān)電源濾波輸出電壓的紋波也將會(huì)增大。因此，設(shè)計(jì)開關(guān)電源的時(shí)候要留有充分的余量，實(shí)際應(yīng)用中最好按（158）式計(jì)算結(jié)果的2倍以上來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能濾波電容的參數(shù)。 介紹單擊式變壓器開關(guān)電源 單激式變壓器開關(guān)電源的工作原理單激式變壓器開關(guān)電源變壓器開關(guān)電源的最大優(yōu)點(diǎn)是，變壓器可以同時(shí)輸出多組不同數(shù)值的電壓，改變輸出電壓和輸出電流很容易，只需改變變壓器的匝數(shù)比和漆包線截面積的大小即可；另外，變壓器初、次級(jí)互相隔離，不需共用同一個(gè)地。因此，變壓器開關(guān)電源也有人把它稱為離線式開關(guān)電源。這里的離線并不是不需要輸入電源，而是輸入電源與輸出電源之間沒有導(dǎo)線連接，完全是通過(guò)磁場(chǎng)偶合傳輸能量。變壓器開關(guān)電源采用變壓器把輸入輸出進(jìn)行電器隔離的最大好處是，提高設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以減輕EMI干擾，并且還容易進(jìn)行功率匹配。變壓器開關(guān)電源有單激式變壓器開關(guān)電源和雙激式變壓器開關(guān)電源之分，單激式變壓器開關(guān)電源普遍應(yīng)用于小功率電子設(shè)備之中，因此，單激式變壓器開關(guān)電源應(yīng)用非常廣泛。而雙激式變壓器開關(guān)電源一般用于功率較大的電子設(shè)備之中，并且電路一般也要復(fù)雜一些。單激式變壓器開關(guān)電源的缺點(diǎn)是變壓器的體積比雙激式變壓器開關(guān)電源的激式變壓器的體積大，因?yàn)閱渭な介_關(guān)電源的變壓器的磁芯只工作在磁回路曲線的單端，磁回路曲線變化的面積很小。單激式變壓器開關(guān)電源的工作原理圖116a是單激式變壓器開關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖。圖116a中，Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，T是開關(guān)變壓器，K是控制開關(guān)，R是負(fù)載電阻。當(dāng)控制開關(guān)K接通的時(shí)候，直流輸入電壓Ui首先對(duì)變壓器T的初級(jí)線圈N1繞組供電，電流在變壓器初級(jí)線圈N1繞組的兩端會(huì)產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)e1；同時(shí)，通過(guò)互感M的作用，在變壓器次級(jí)線圈N2繞組的兩端也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2；當(dāng)控制開關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)的時(shí)候，電流在變壓器初級(jí)線圈N1繞組中存儲(chǔ)的能量（磁能）也會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)e1；同時(shí)，通過(guò)互感M的作用，在變壓器次級(jí)線圈N2繞組中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2。因此，在控制開關(guān)K接通之前和接通之后，在變壓器初、次級(jí)線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向是不一樣的。所謂單激式變壓器開關(guān)電源，是指開關(guān)電源在一個(gè)工作周期之內(nèi)，變壓器的初級(jí)線圈只被直流電壓激勵(lì)一次。一般單激式變壓器開關(guān)電源在一個(gè)工作周期之內(nèi)，只有半個(gè)周期向負(fù)載提供功率（或電壓）輸出。當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈也正好向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為正激式開關(guān)電源；當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正好被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。圖116b是單激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的波形，由于輸出電壓是由變壓器的次級(jí)輸出，因此，在輸出電壓uo中完全沒有直流成份。輸出電壓正半波的面積與負(fù)半波的面積完全相等，這是單激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓波形的特點(diǎn)。圖116b中，當(dāng)只輸出正半波電壓時(shí)，為正激式開關(guān)電源；反之，當(dāng)只輸出負(fù)半波電壓時(shí)，為反激式開關(guān)電源。順便指出，圖116b中變壓器輸出電壓波形極性的正負(fù)，是可以通過(guò)調(diào)整變壓器線圈的饒線方向（相位）來(lái)改變的。嚴(yán)格地說(shuō)，開關(guān)電源的輸出電壓才能稱為正、負(fù)半周電壓，但由于人們已習(xí)慣了正、負(fù)半周的叫法，所以，只要是有正、負(fù)電壓輸出的電源，我們還是習(xí)慣地把它們稱為正、負(fù)半周。，、負(fù)半波。因此，有些場(chǎng)合在不影響對(duì)正、負(fù)半波電壓的理解時(shí)，或占空比不確定時(shí)，我們也習(xí)慣地把正、負(fù)半波稱為正、負(fù)半周。圖116a中，在Ton期間，控制開關(guān)K接通，輸入電源Ui開始對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1繞組加電，電流從變壓器初級(jí)線圈N1繞組的兩端經(jīng)過(guò)，通過(guò)電磁感應(yīng)會(huì)在變壓器的鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，并產(chǎn)生磁力線；同時(shí)，在初級(jí)線圈N1繞組的兩端要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)E1，在次級(jí)線圈N2繞組的兩端也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2作用于負(fù)載R的兩端，從而產(chǎn)生負(fù)載電流。因此，在初、次級(jí)電流的共同作用下，在變壓器的鐵心中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由流過(guò)變壓器初、次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的大小可用磁力線通量（簡(jiǎn)稱磁通量），即磁力線的數(shù)目 來(lái)表示。如果用 1來(lái)表示變壓器初級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通量，用 2來(lái)表示變壓器次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通量，由于變壓器初、次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向總是相反，則在控制開關(guān)K接通期間，由流過(guò)變壓器初、次級(jí)線圈電流在變壓器鐵心中產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的總磁通量 為：其中變壓器初級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通 1還可以分成兩個(gè)部分，一部分用來(lái)抵消變壓器次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通 2，記為 10，另一部分是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通，記為Δ 1。顯然 10 =－ 2，Δ 1 = 。即：變壓器鐵心中產(chǎn)生的磁通量 ，只與流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流有關(guān)，與流過(guò)變壓器次級(jí)線圈中的電流無(wú)關(guān)；流過(guò)變壓器次級(jí)線圈中的電流產(chǎn)生的磁通，完全被流過(guò)變壓器初級(jí)線圈中的另一部分電流產(chǎn)生的磁通抵消。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1繞組回路列出方程：同樣，可以對(duì)變壓器次級(jí)線圈N2繞組回路列出方程：根據(jù)（161）和（162）可以求得：上式中，Up為正激式開關(guān)電源變壓器次級(jí)輸出電壓的幅值（圖116b中正半周）；Ui為正激式開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈N1繞組的輸入電壓；n為變壓比，即：開關(guān)變壓器次級(jí)線圈輸出電壓與初級(jí)線圈輸入電壓之比，n也可以看成是開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N2繞組與初級(jí)線圈N1繞組的匝數(shù)比，即：n = N2/N1。由此可知，在控制開關(guān)K接通期間，正激式開關(guān)電源變壓器次級(jí)輸出電壓的幅值只與輸入電壓和變壓器的次/初級(jí)變壓比有關(guān)。我們?cè)賮?lái)分析控制開關(guān)K關(guān)斷期間的情況。在Toff期間，控制開關(guān)K關(guān)斷，流過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流突然為0。由于變壓器初級(jí)線圈回路中的電流產(chǎn)生突變，而變壓器鐵心中的磁通量 不能突變，因此，必須要求流過(guò)變壓器次級(jí)線圈回路的電流也跟著突變，以抵消變壓器初級(jí)線圈電流突變的影響，要么，在變壓器初級(jí)線圈回路中將出現(xiàn)非常高的反電動(dòng)勢(shì)電壓，把控制開關(guān)或變壓器擊穿。如果變壓器鐵心中的磁通 產(chǎn)生突變，變壓器的初、次級(jí)線圈就會(huì)產(chǎn)生無(wú)限高的反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)又會(huì)產(chǎn)生無(wú)限大的電流，而電流在線圈中產(chǎn)生的磁力線又會(huì)抵制磁通的變化，因此，變壓器鐵心中的磁通變化，最終還是要受到變壓器初、次級(jí)線圈中的電流來(lái)約束的。因此，在控制開關(guān)K關(guān)斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通 主要由變壓器次級(jí)線圈回路中的電流來(lái)決定，即：式中負(fù)號(hào)表示反電動(dòng)勢(shì)e2的極性與（162）式中的符號(hào)相反，即：K接通與關(guān)斷時(shí)變壓器次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的極性正好相反。對(duì)（164）式階微分方程求解得：式中C為常數(shù)，把初始條件代入上式，就很容易求出C，由于控制開關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)線圈回路中的電流突然為0，而變壓器鐵心中的磁通量 不能突變，因此，變壓器次級(jí)線圈回路中的電流i2一定正好等于控制開關(guān)K接通期間的電流i2(Ton+)，與變壓器初級(jí)線圈回路中勵(lì)磁電流被折算到變壓器次級(jí)線圈回路電流之和。所以（165）式可以寫為：（166）式中，括弧中的第一項(xiàng)表示變壓