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彩色電視機開關電源設計解析(2)

2011年05月30日 11:40 本站整理 作者:秩名 用戶評論(0
  功率管Q1所承受的最大電壓應力的計算:

    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

          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 )

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