開關(guān)電源反激式線圈分析

• 實(shí)驗(yàn)組成部分
• 波形分析
• 小總結(jié)
• 占空比變化時(shí)的波形
• 占空比為20%的時(shí)候
• 占空比為30%的時(shí)候
• 占空比為30%的時(shí)候再接上次級線圈
• 正激模式的分析

通常開關(guān)電源的開關(guān)頻率一般設(shè)計(jì)在40-100KHz的范圍比較合適。

實(shí)驗(yàn)組成部分

12V電源和脈沖發(fā)生器以及以下組件構(gòu)成的電路

高頻變壓器、UF4007快恢復(fù)二極管、550V/33uF電解電容、10K電阻和FQPF12N60C的N型MOSFET管。

將PWM脈沖發(fā)生器的頻率調(diào)到60kHz,占空比為5%。示波器連接高頻變壓器的初級線圈可以看如下圖所示的波形。

波形分析

第1段。曲線是PWM波高電平時(shí)間此時(shí)電壓上升，這個(gè)時(shí)間段處于MOS管導(dǎo)通狀態(tài)。初級線圈中有電流通過，變壓器執(zhí)行儲能。

由于電感的基本特性作用，初級線圈上的電壓從一個(gè)低到高的上升過程，導(dǎo)致電壓的峰值稍高于電源電壓。

第2段。對應(yīng)于PWM信號的低電平開始時(shí)間，MOS管突然截止?fàn)顟B(tài)，初級線圈中電流沒有了流動的通路。由于電感的基本特性。變壓器內(nèi)儲存的磁能會妨礙電流的變化。電圈就產(chǎn)生了反向感應(yīng)電動勢。由于當(dāng)前變壓器沒有接負(fù)載。磁芯儲存的能量大部分轉(zhuǎn)為電勢能。

在5%的占空比下，反向感應(yīng)電動勢峰值已經(jīng)達(dá)到負(fù)的39V超出12V的電壓。

后續(xù)連續(xù)的震蕩波形是 LC震蕩。繞組與繞組之間存在有分布式電容，然而這樣組成的線圈內(nèi)部就會構(gòu)成一個(gè)LC電路形成震蕩。

由于振蕩過程中能量的損耗，振蕩的波幅不斷變小最終恢復(fù)原來的狀態(tài)。

下圖區(qū)分PWM高低電平時(shí)間段

當(dāng)PWM脈沖發(fā)生器調(diào)整占空比為30%的時(shí)候，初級線圈的波形信號如下圖所示。

1.高電平時(shí)間段，MOS管導(dǎo)通，初級線圈流過的電流變化為儲能器件的變壓器電動勢。

2.低電平時(shí)間段，變壓器釋放磁能產(chǎn)生反向感應(yīng)電動勢，當(dāng)前的電壓可達(dá)到驚人的 -292V。可以看出在沒有DRC吸收電路的情況下，很容易燒毀MOS管。

3.后續(xù)就是LC震蕩。

小總結(jié)

1)調(diào)節(jié)占空比可以控制變壓器的輸出功率。調(diào)低占空比就會減少注入磁芯的能量，產(chǎn)生的反向電動勢也會相應(yīng)的降低，變壓器輸出功率減小，LED燈變暗，但是占空比并不能無限制升高否則燒毀或不輸出能量。

2)輸入功率不能超出變壓器最大儲能否則變壓器初級線圈會變成短路的導(dǎo)線。

3)通過波形可以看到反向感應(yīng)電動勢對占空比比較敏感，而線圈上正向電壓對占空比不太敏感。

占空比變化時(shí)的波形

占空比為20%的時(shí)候

占空比為30%的時(shí)候

占空比為30%的時(shí)候再接上次級線圈

次級線圈的波形一樣但幅值不一樣。那是因?yàn)榇渭壘€圈的繞線匝數(shù)要低于初級線圈的繞線。

次級線圈是用反向感應(yīng)電動勢給負(fù)載提供電能，PWM信號占空比越大，變壓器存儲的能量越多，次級線圈釋放的能量也就越多，兩端的電源電壓越高。次級線圈輸出的電壓可以超出電源電壓(這就是典型的“反激”工作方式)

正激模式的分析

將二極管位置調(diào)整下

占空比從0開始調(diào)整我們會發(fā)現(xiàn)輸出電壓除了剛開始變化大一些，后面輸出到負(fù)載上的電壓變化并不大一直保持在5V左右的電壓，原因是這個(gè)正激電路對PWM占空比并不敏感，其工作類似于普通電源變壓器的耦合方式作用，正激方式輸出的電壓跟電源電壓以及初級線圈和次級線圈匝數(shù)比關(guān)系比較大，這也是反激電路中不用整流橋的原因之一，如果使用整流橋會使電壓調(diào)節(jié)更加困難。