中心議題:
- 開關(guān)電源的開關(guān)管導(dǎo)通和截至分析
- 開關(guān)電源的工作原理分析
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(gè)非常復(fù)雜的過程,但我們?cè)谶M(jìn)行工作原理分析的時(shí)候,一般都會(huì)先對(duì)一些非主要問題進(jìn)行簡(jiǎn)單化。例如,當(dāng)電源開關(guān)管導(dǎo)通或截止的時(shí)候,我們就把它看成是一個(gè)理想的開關(guān),其工作時(shí)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(gè)很復(fù)雜的過程,它除了通或斷之外,還有一個(gè)在高頻時(shí)不能忽視的問題,就是開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),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(gè)工作過程需要用微分方程才能求解,在這里我不想介紹得太復(fù)雜。
簡(jiǎn)單地說,電源開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷都是需要時(shí)間的。一般都簡(jiǎn)單地把開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間ton分為導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間td和導(dǎo)通上升時(shí)間tr,而把開關(guān)管關(guān)閉時(shí)間toff分為關(guān)閉延時(shí)時(shí)間tstg(或稱關(guān)閉貯存時(shí)間)和關(guān)閉下降時(shí)間tf。
圖1是電源開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)閉過程的測(cè)試波形,實(shí)際上圖1中的測(cè)試波形也是被簡(jiǎn)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(jiǎn)單,圖1中都用直線來取代。
開關(guān)電源在第一個(gè)工作周期,由于輸出電壓要對(duì)濾波儲(chǔ)能電容充電,因?yàn)槌潆婋娏骱艽螅?fù)載會(huì)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(dòng)措施,開始的時(shí)候占空比很小,然后才慢慢地趨于正常,即開始的時(shí)候輸出功率很小,然后才慢慢變大?;蜷_始的時(shí)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(duì)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(shí),經(jīng)過取樣比較,取樣電路會(huì)輸出一個(gè)誤差信號(hào)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(huì)輸出一個(gè)誤差信號(hào)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(dòng),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(duì)于流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈的電流也不是一個(gè)穩(wěn)定值,一般都是一個(gè)鋸齒波,整流輸出電流也一樣。對(duì)LED進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng),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(gè)鋸齒波。
開關(guān)電源開始的第一個(gè)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(shí)候開始工作,這個(gè)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(gè)點(diǎn)的波形,則必須要取電路中的某個(gè)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(gè)周期,一般取樣電路基本上是不工作的,因?yàn)檩敵鲭妷簩?duì)濾波電容進(jìn)行充電,需要好幾個(gè)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(duì)值等于0,這也算是誤差信號(hào)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(dòng)電路,開關(guān)管工作時(shí),其占空比將很大,很容易使變壓器飽和,并把開關(guān)管損壞。