【正文】 在圖117中，最好在整流二極管D1的兩端并聯(lián)一個(gè)高頻電容（圖中未畫出）。其好處一方面可以吸收當(dāng)控制開關(guān)K關(guān)斷瞬間變壓器次級(jí)線圈產(chǎn)生的高壓反電動(dòng)勢(shì)能量，防止整流二極管D1擊穿；另一方面，電容吸收的能量在下半周整流二極管D1還沒導(dǎo)通前，它會(huì)通過放電（與輸出電壓串聯(lián)）的形式向負(fù)載提供能量。這個(gè)并聯(lián)電容不但可以提高電源的輸出電壓（相當(dāng)于倍壓整流的作用），還可以大大地減小整流二極管D1的損耗，提高工作效率。同時(shí)，它還會(huì)降低反電動(dòng)勢(shì)的電壓上升率，對(duì)降低電磁輻射有好處。正激式變壓器開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)為了表征各種電壓或電流波形的好壞，一般都是拿電壓或電流的幅值、平均值、有效值、一次諧波等參量互相進(jìn)行比較。在開關(guān)電源之中，電壓或電流的幅值和平均值最直觀，因此，我們用電壓或電流的幅值與其平均值之比，稱為脈動(dòng)系數(shù)S；也有人用電壓或電流的有效值與其平均值之比，稱為波形系數(shù)K。因此，電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)Sv、Si以及波形系數(shù)Kv、Ki分別表示為：上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分別表示：電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)S，和電壓和電流的波形系數(shù)K，在一般可以分清楚的情況下一般都只寫字母大寫S或K。脈動(dòng)系數(shù)S和波形系數(shù)K都是表征電壓或者電流好壞的指標(biāo)，S和K的值，顯然是越小越好。S和K的值越小，表示輸出電壓和電流越穩(wěn)定，電壓和電流的紋波也越小。正激式變壓器開關(guān)電源正好是在變壓器的初級(jí)線圈被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈向負(fù)載提供功率輸出，并且輸出電壓的幅度是基本穩(wěn)定的，此時(shí)盡管輸出功率不停地變化，但輸出電壓的幅度基本還是不變，這說明正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對(duì)來說比較好；只有在控制開關(guān)處于關(guān)斷期間，功率輸出才全部由儲(chǔ)能電感和儲(chǔ)能電容兩者同時(shí)提供，此時(shí)輸出電壓雖然受負(fù)載電流的影響，但如果儲(chǔ)能電容的容量取得比較大，負(fù)載電流對(duì)輸出電壓的影響也很小。另外，由于正激式變壓器開關(guān)電源一般都是選取變壓器輸出電壓的一周平均值，儲(chǔ)能電感在控制開關(guān)接通和關(guān)斷期間都向負(fù)載提供電流輸出，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的負(fù)載能力相對(duì)來說比較強(qiáng)，輸出電壓的紋波比較小。如果要求正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓有較大的調(diào)整率，在正常負(fù)載的情況下，，此時(shí)流過儲(chǔ)能濾波電感的電流才是連續(xù)電流。當(dāng)流過儲(chǔ)能濾波電感的電流為連續(xù)電流時(shí)，負(fù)載能力相對(duì)來說比較強(qiáng)。，正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓uo的幅值正好等于電壓平均值Ua的兩倍，流過濾波儲(chǔ)能電感電流的最大值Im也正好是平均電流Io（輸出電流）的兩倍，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)S都約等于2，而與反激式變壓器開關(guān)電源的電壓和電流的脈動(dòng)系數(shù)S相比，差不多小一倍，說明正激式變壓器開關(guān)電源的電壓和電流輸出特性要比反激式變壓器開關(guān)電源好很多。正激式變壓器開關(guān)電源的缺點(diǎn)也是非常明顯的。其中一個(gè)是電路比反激式變壓器開關(guān)電源多用一個(gè)大儲(chǔ)能濾波電感，以及一個(gè)續(xù)流二極管。此外，正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對(duì)于反激式變壓器開關(guān)電源來說要低很多，這個(gè)從（177）和（178）式的對(duì)比就很明顯可以看出來。因此，正激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較高，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較大。另外，正激式變壓器開關(guān)電源為了減少變壓器的勵(lì)磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大（伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積，這里用US來表示），并且為了防止變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)把開關(guān)管擊穿，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器多一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)吸收繞組，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積大。正激式變壓器開關(guān)電源還有一個(gè)更大的缺點(diǎn)是在控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓要比反激式變壓器開關(guān)電源產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓高。因?yàn)橐话阏な阶儔浩鏖_關(guān)電源工作時(shí)，而反激式變壓器開關(guān)電源控制開關(guān)的占空比都取得比較小。正激式變壓器開關(guān)電源在控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)，變壓器初級(jí)線圈兩端產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓是由流過變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。因此，為了提高工作效率和降低反電動(dòng)勢(shì)電壓的幅度，盡量減小正激式開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈的勵(lì)磁電流是值得考慮的。，在控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)刻，電源變壓器初級(jí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電流方向與輸入電壓Ui產(chǎn)生的電流方向相同，因此，控制開關(guān)兩端的電壓正好等于輸入電壓Ui與反電動(dòng)勢(shì)Up之和，即：式中Ukp為控制開關(guān)關(guān)斷時(shí)刻，控制開關(guān)兩端的電壓；Up為變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)電壓的峰值。根據(jù)（168）式和圖116b可知，Up一般都大于輸入電壓Ui，因此Ukp大于兩倍Ui。一般正激式變壓器開關(guān)電源都設(shè)置有一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)能量吸收回路，如圖117中的變壓器反饋線圈N3繞組和整流二極管D3，此時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)電壓的峰值一般都被限幅到輸入電壓Ui的值，如果不考慮變壓器初、次級(jí)線圈的漏感，則（188）式可以改寫為：這個(gè)電壓對(duì)于電源開關(guān)管來說是很高的。例如電源輸入電壓為交流220伏，經(jīng)整流濾波后其最大值就是311伏，根據(jù)（189）式可求得Uk = 622伏；如果輸入電壓為交流253伏（177。15%），那么，可以求得Ukp = 715伏，這還不算變壓器初級(jí)線圈漏感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓。一般圖117中的變壓器反饋線圈N3繞組和整流二極管D3，對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1繞組漏感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)電壓是無法進(jìn)行吸收的，這一點(diǎn)需要特別注意。為了吸收變壓器初級(jí)線圈N1繞組漏感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，在變壓器初級(jí)線圈回路中還要專門設(shè)置一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)吸收電路，這一方面內(nèi)容后面還要更詳細(xì)介紹。一般電源開關(guān)管的耐壓都在650伏左右，因此，正激式變壓器開關(guān)電源在輸入電壓為交流220伏的設(shè)備中很少使用，或者用兩個(gè)電源開關(guān)管串聯(lián)來使用。由于正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性相對(duì)來說比較好，因此，目前在一些對(duì)瞬態(tài)控制特性要求比較高的場(chǎng)合，用兩個(gè)電源開關(guān)管串聯(lián)的正激式變壓器開關(guān)電源也逐步開始增加。正激式變壓器開關(guān)電源電路參數(shù)的計(jì)算正激式變壓器開關(guān)電源電路參數(shù)計(jì)算主要對(duì)儲(chǔ)能濾波電感、儲(chǔ)能濾波電容，以及開關(guān)電源變壓器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。．正激式變壓器開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感和儲(chǔ)能濾波電容參數(shù)的計(jì)算圖117中，儲(chǔ)能濾波電感和儲(chǔ)能濾波電容參數(shù)的計(jì)算，與圖12的串聯(lián)式開關(guān)電源中儲(chǔ)能濾波電感和儲(chǔ)能濾波電容參數(shù)的計(jì)算方法基本相同，因此，我們可以直接引用（114）式和（118）式，即：式中Io為流過負(fù)載的電流（平均電流），當(dāng)D = ，其大小正好等于流過儲(chǔ)能電感L最大電流iLm的二分之一；T為開關(guān)電源的工作周期，T正好等于2倍控制開關(guān)的接通時(shí)間Ton ；ΔUPP為輸出電壓的波紋電壓，波紋電壓ΔUPP一般取峰峰值，所以波紋電壓等于電容器充電或放電時(shí)的電壓增量，即：ΔUPP = 2ΔUc 。同理，（190）式和（191）式的計(jì)算結(jié)果，只給出了計(jì)算正激式變壓器開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感L和濾波電容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)。關(guān)于電壓平均值輸出濾波電路的詳細(xì)工作原理與參數(shù)計(jì)算，請(qǐng)參看“12．串聯(lián)式開關(guān)電源”部分中的“串聯(lián)式開關(guān)電源電壓濾波輸出電路”內(nèi)容，這里不再贅述。正激式開關(guān)電源變壓器參數(shù)的計(jì)算正激式開關(guān)電源變壓器參數(shù)的計(jì)算主要從這幾個(gè)方面來考慮。一個(gè)是變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)和伏秒容量，伏秒容量越大變壓器的勵(lì)磁電流就越小；另一個(gè)是變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比，以及變壓器各個(gè)繞組的額定輸入或輸出電流或功率。關(guān)于開關(guān)電源變壓器的工作原理以及參數(shù)設(shè)計(jì)后面還要更詳細(xì)分析，這里只做比較簡(jiǎn)單的介紹。正激式開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)的計(jì)算圖117中，當(dāng)輸入電壓Ui加于開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈的兩端，且變壓器的所有次級(jí)線圈均開路時(shí)，流過變壓器的電流只有勵(lì)磁電流，變壓器鐵心中的磁通量全部都是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的。當(dāng)控制開關(guān)接通以后，勵(lì)磁電流就會(huì)隨時(shí)間增加而增加，變壓器鐵心中的磁通量也隨時(shí)間增加而增加。根據(jù)電磁感應(yīng)定理：式中E1為變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，L1為變壓器初級(jí)線圈的電感量， 為變壓器鐵心中的磁通量，Ui為變壓器初級(jí)線圈的輸入電壓。其中磁通量 還可以表示為：上式中，S為變壓器鐵心的導(dǎo)磁面積（單位：平方厘米），B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，也稱磁感應(yīng)密度（單位：高斯），即：?jiǎn)挝幻娣e的磁通量。把（193）式代入（192）式并進(jìn)行積分：由此求得：（195）式就是計(jì)算單激式開關(guān)電源變壓器初級(jí)線圈N1繞組匝數(shù)的公式。式中，N1為變壓器初級(jí)線圈N1繞組的最少匝數(shù)，S為變壓器鐵心的導(dǎo)磁面積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵心的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位：高斯），Br為變壓器鐵心的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（單位：高斯），Br一般簡(jiǎn)稱剩磁，τ = Ton，為控制開關(guān)的接通時(shí)間，簡(jiǎn)稱脈沖寬度，或電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的寬度（單位：秒），一般τ取值時(shí)要預(yù)留20%以上的余量，Ui為工電壓，單位為伏。式中的指數(shù)是統(tǒng)一單位用的，選用不同單位，指數(shù)的值也不一樣，這里選用CGS單位制，即：長(zhǎng)度為厘米（cm），磁感應(yīng)強(qiáng)度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。（195）式中，Uit 就是變壓器的伏秒容量，即：伏秒容量等于輸入脈沖電壓幅度與脈沖寬度的乘積，這里我們把伏秒容量用US來表示。伏秒容量US表示：一個(gè)變壓器能夠承受多高的輸入電壓和多長(zhǎng)時(shí)間的沖擊。在一定的變壓器伏秒容量條件下，輸入電壓越高，變壓器能夠承受沖擊的時(shí)間就越短，反之，輸入電壓越低，變壓器能夠承受沖擊的時(shí)間就越長(zhǎng)；而在一定的工作電壓條件下，變壓器的伏秒容量越大，變壓器的鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度就越低，變壓器鐵心就更不容易飽和。變壓器的伏秒容量與變壓器的體積以及功率無關(guān)，而只與磁通的變化量有關(guān)。必須指出Bm和Br都不是一個(gè)常量，當(dāng)流過變壓器初級(jí)線圈的電流很小時(shí)，Bm是隨著電流增大而增大的，但當(dāng)電流再繼續(xù)增大時(shí)，Bm將不能繼續(xù)增大，這種現(xiàn)象稱磁飽和。變壓器要避免工作在磁飽和狀態(tài)。為了防止脈沖變壓器飽和，一般開關(guān)變壓器都在磁回路中留一定的氣隙。由于空氣的導(dǎo)磁率與鐵心的導(dǎo)磁率相差成千上萬倍，因此，只要在磁回路中留百分之一或幾百分之一的氣隙長(zhǎng)度，其磁阻或者磁動(dòng)勢(shì)將大部分都落在氣隙上，因此磁心也就很難飽和。在沒有留氣隙的變壓器鐵心中的Bm和Br的值一般都很高，但兩者之間的差值卻很??；留有氣隙的變壓器鐵心，Bm和Br的值一般都要降低，但兩者之間的差值卻可以增大，氣隙留得越大，兩者之間的差值就越大，一般Bm可取1000~4000高斯，Br可取500~1000。順便指出，變壓器鐵心的氣隙留得過大，變壓器初、次級(jí)線圈之間的耦合系數(shù)會(huì)降低，從而使變壓器初、次級(jí)線圈的漏感增大，降低工作效率，并且還容易產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)把電源開關(guān)管擊穿。還有一些高導(dǎo)磁率、高磁通密度磁材料（如坡莫合金），這種變壓器鐵心的導(dǎo)磁率和Bm值都可達(dá)10000高斯以上，但這些高導(dǎo)磁率、高磁通密度磁材料一般只用于雙激式開關(guān)電源變壓器中。在（195）式中雖然沒有看到變壓器初級(jí)線圈電感這個(gè)變量，但從（192）式可以求得：上式表示，變壓器初級(jí)線圈的電感量等于穿過變壓器初級(jí)線圈的總磁通，與流過變壓器初級(jí)線圈勵(lì)磁電流之比，另外，由于線圈之間有互感作用，即勵(lì)磁電流出了受輸入電壓的作用外，同時(shí)也受線圈電感量的影響，因此，變壓器線圈的電感量與變壓器線圈的匝數(shù)的平方成正比。從（195）式和（196）式可以看出，變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)越多，伏秒容量和初級(jí)線圈的電感量也越大。因此，對(duì)于正激式開關(guān)電源變壓器來說，如果不考慮變壓器初級(jí)線圈本身的電阻損耗，變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)是越多越好，電感量也是越大越好。但在進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)的時(shí)候，還要對(duì)成本以及銅阻損耗等因素一起進(jìn)行考慮。變壓器初、次級(jí)線圈匝數(shù)比的計(jì)算正激式開關(guān)電源輸出電壓一般是脈動(dòng)直流的平均值，而脈動(dòng)直流的平均值與控制開關(guān)的占空比有關(guān)，因此，在計(jì)算正激式開關(guān)電源變壓器初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比之前，首先要確定控制開關(guān)的占空比D，把占空比D確定之后，根據(jù)（177）式就可以計(jì)算出正激式開關(guān)電源變壓器的初、次級(jí)線圈的匝數(shù)比：由（177）可以求得：上式中，n為正激式開關(guān)電源變壓器次級(jí)線圈與初級(jí)線圈的匝數(shù)比，即：n = N2/N1 ；Uo為輸出直流電壓，Ui為變壓器初級(jí)輸入電壓，D為控制開關(guān)的占空比。在正常輸出負(fù)載的情況下。這樣，當(dāng)負(fù)載比較輕的時(shí)候，雖然儲(chǔ)能濾波電感會(huì)出現(xiàn)斷流，儲(chǔ)能濾波電容充電時(shí)間縮短，放電時(shí)間增加，但由于輸出電流比較小，儲(chǔ)能濾波電容充、放電的電流也很小，所以在電容兩端產(chǎn)生的電壓紋波不會(huì)增大，反而減?。划?dāng)輸出負(fù)載比較重的時(shí)候，此時(shí)流過儲(chǔ)能濾波電感的電流為連續(xù)電流，輸出電流增大，儲(chǔ)能濾波電容充電的時(shí)間增加，放電的時(shí)間縮短，因此，電容兩端產(chǎn)生的電壓紋波也不會(huì)增大很多。因此，如果正激式開關(guān)電源電路中的儲(chǔ)能濾波電感和儲(chǔ)能濾波電容充電以及控制開關(guān)占空比，三者取得合適，輸出電壓紋波會(huì)很小。正激式開關(guān)電源變壓器次級(jí)反電動(dòng)勢(shì)能量吸收反饋線圈N3繞組與初線圈N1繞組的匝數(shù)比n一般為1 ：1 ，即：N3/N1 = 1。如果n大于1，反饋線圈N3繞組與整流二極管D3的限幅保護(hù)作用就會(huì)增強(qiáng)，但流過反饋線圈N3繞組和整流二極管D3的電流也會(huì)增大，從而會(huì)增加損耗；如果n小于1，反饋線圈N3繞組與整流二極管D3的限幅保護(hù)作用就會(huì)減弱，尖峰脈沖很容易把電源開關(guān)管擊穿。正激式開關(guān)電源變壓器次級(jí)反電動(dòng)勢(shì)能量吸收反饋線圈N3繞組匝數(shù)的計(jì)算與限幅穩(wěn)壓二極管的計(jì)算方法是很相似的，不過線圈匝數(shù)與穩(wěn)壓二極管的擊穿電壓正好相反，擊穿電壓取得越高限幅保護(hù)的作用反而越弱。這里順便提一下，變壓器線圈漆包線的電流密度一般取每平方毫米為2~3安培比較合適。當(dāng)開關(guān)電源的工作頻率取得很高時(shí)，電流密度最好取得小一些，或者用多股線代替單股線，以免電流在導(dǎo)體中產(chǎn)生趨膚效應(yīng)，增大損耗使導(dǎo)線發(fā)熱。另外，目前繞制變壓器使用的漆包線大部分都不是純銅線，因此電阻率相對(duì)比較大，把這些因素一起考慮，電流密度更不能取高。