彩色電視機開關電源設計解析(2)
在Q1截止期間因有次級電流i2流過NS,在NS上產生的電壓幅值近似為輸出電壓VO(忽略二極管正向壓降及引線損耗),此電壓反映在初級繞組NP上產生感應電動勢VNP:
VNP=VO (8)
因此截止時功率管Q1所承受的最大電壓應力為
VDSmax=VDCmax+VNP=VDCmax+VO (9)
在實際運用時,Q1所承受的最大電壓應力不僅限于VDSmax,同時還要加上由變壓器漏感所帶來的附加電壓尖峰(估計約為0.3VDC),而且在選雙極型管時,需要注意以上二者之和應該比所選管的額定值VCEO小30%,這樣才有足夠的安全余量。
2)連續工作方式如果市電電壓升高或者接收負載減輕,這使次級電流i2在Q1的下一次導通到來之時仍未下降到零,磁芯仍含有一部分儲能,它會反映到初級,使此后Q1的每一次導通,相應的初級電流i1及磁通φ都不是從零而是從一個恒定值開始上升。這種工作狀態叫連續方式,其波形如圖4所示。
圖4 連 續 方 式 波 形
應該指出,根據磁通復位原則,在連續方式中會存在一個磁通平衡點φO,在φO的基礎上讓導通時的磁通增加量Δφ1等于截止時磁通減少量Δφ2,故有
VDCton=VOtoff
得出
VO=VDC= (10)
由式(10)可知,如果圖1的電路工作在連續方式中,則輸出電壓VO只取決于匝數比NS/NP,時間比ton/toff以及輸入直流電壓VDC,而和負載RL無關。
同樣地,實際的電源應該象圖3那樣加入反饋電路,那么由式(10)可知,這個電路的作用應該是當輸入直流電壓VDC升高時,讓ton減少,或者當VDC減少時,讓ton升高,以便保持輸出電壓VO不變。
如果將式(8)代入式(10),則有
VDCton=VNPtoff (11)
由此可進一步簡化式(9),即截止時功率管Q1所承受的最大電壓應力可化為
VDSmax=VDCmax+VO=VDCmax+VDCmax= (12)
考慮功率管還要承受由變壓器漏電感所引起的電壓尖峰(其值約為0.3VDCmax)。因此實際VDSmax′應為
VDSmax′=VDSmax+0.3VDCmax=1.3VDCmax+(NP/NS)VO (13)
3)實例
有一29吋電視機其最大輸入市電電壓為AC 264V,變壓器NP=32匝,NS=28匝,VO=140V,則由式(13)得出VDSmax′=1.3××264V+160V=645V。設計時,對MOSFET管要選擇其VDS耐壓≥VDSmax′的,下面介紹連續方式的輸入、輸出電流與負載功率的關系。
圖5示出連續方式的初級和次級電流波形。其輸出功率等于輸出電壓乘次級電流脈沖的平均值。現定義ICSR為次級電流脈沖線性斜坡部分的中點值,故有
PO=VOICSR=VOICSR(1-ton/T) (14)
ICSR= (15)
圖5中的初級電流脈沖線性斜坡部分的中點值ICPR,則由Pi=1.25PO=VDCICPR得
ICPR= (16)
圖5 連 續 方 式 中 的 初 次 級 電 流 臺 階
需要注意的是,連續方式的出現剛好在初級電流斜坡出現臺階的時候,由圖5可見當ICPR升高到等于斜坡幅度ΔI1P的一半時,電流臺階開始出現,此時的ICPR在連續方式中是最小的,結合式(16)有
ICPRmin=ΔI1P=
或者
ΔI1P= (17)
上式的tonmax可由式(11)在給定的最小VDCmin下求出。又因ΔI1P=(VDCmin)ton/LP故有
LP== (18)
利用式(10)~(18),可以計算工作于連續方式下的反激型變換器各相關參數值。需要指出的是,分別按二種方式來設計反激型變換器,會得出很不同的結果。例如文獻[1]曾使用不連續與連續兩種工作方式分別設計一個工作于50kHz的DC/DC反激變換器,假定其輸入DC電壓為38V,輸出5V,輸出功率為50W,則對初級電感LP以及初次級電流會得出如下表1所示的很不同結果。
表1 不同工作方式下的反激型變換器設計比較
計算結果 | 工作于不連續方式 | 工作于連續方式 |
---|---|---|
初級電感LP/μH | 52 | 791 |
初級峰值電流/A | 6.9 | 2.77 |
次級峰值電流/A | 62.0 | 24.6 |
ton/μs | 9.49 | 11.86 |
toff/μs | 6.5 | 8.13 |
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( 發表人:葉子 )