變壓器開關電源致命原理

在Toff期間，控制開關K關斷，流過變壓器初級線圈的電流猛然為0。由于變壓器初級線圈回路中的電流出現突變，而變壓器鐵心中的磁通量不能突變，因此，非得要求流過變壓器次級線圈回路的電流也跟著突變，以抵消變壓器初級線圈電流突變的影響，要么，在變壓器初級線圈回路中將出現非常高的反電動勢電壓，把控制開關或變壓器擊穿。

倘若變壓器鐵心中的磁通ф出現突變，變壓器的初、次級線圈就會出現無限高的反電動勢，反電動勢又會出現無限大的電流，而電流在線圈中出現的磁力線又會抵制磁通的變化，因此，變壓器鐵心中的磁通變化，最終還是要受到變壓器初、次級線圈中的電流來約束的。

因此，在控制開關K關斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通緊要由變壓器次級線圈回路中的電流來決定，即：

e2=-N2*dф/dt=-L2*di2/dt=i2R——K關斷期間(1-64)

式中負號表示反電動勢e2的極性與(1-62)式中的符號相反，即：K接通與關斷時變壓器次級線圈出現的感應電動勢的極性正好相反。對(1-64)式階微分方程求解得：

式中C為常數，把初始條件代入上式，就很容易求出C，由于控制開關K由接通狀態猛然轉為關斷時，變壓器初級線圈回路中的電流猛然為0，而變壓器鐵心中的磁通量不能突變，因此，變壓器次級線圈回路中的電流i2一定正好等于控制開關K接通期間的電流i2(Ton+)，與變壓器初級線圈回路中勵磁電流被折算到變壓器次級線圈回路電流之和。所以(1-65)式可以寫為：

(1-66)式中，括弧中的第一項表示變壓器次級線圈回路中的電流，第二項表示變壓器初級線圈回路中勵磁電流被折算到變壓器次級線圈回路的電流。

圖1-16-a單激式變壓器開關電源輸出電壓uo等于：

(1-68)式中的Up-就是反擊式輸出電壓的峰值，或輸出電壓最大值。由此可知，在控制開關K關斷瞬間，當變壓器次級線圈回路負載開路時，變壓器次級線圈回路會出現非常高的反電動勢。理論上要時間t等于無限大時，變壓器次級線圈回路輸出電壓才為0，但這種情況一般不會發生，因為控制開關K的關斷時間等不了那么長。

從(1-63)和(1-67)式可以看出，開關電源變壓器的工作原理與一般變壓器的工作原理是不相同的。當開關電源工作于正激時，開關電源變壓器的工作原理與一般變壓器的工作原理基本相同;當開關電源工作于反激時，開關電源變壓器的工作原理相當于一個儲能電感。

倘若我們把輸出電壓uo的正、負半波分別用均勻值Upa、Upa-來表示，則有：

分別對(1-71)和(1-72)兩式進行積分得：

由此我們可以求得，單激式變壓器開關電源輸出電壓正半波的面積與負半波的面積完全相等，即：

Upa×Ton=Upa-×Toff——一個周期內單激式輸出(1-75)

(1-75)式就是用來計算單激式變壓器開關電源輸出電壓半波均勻值Upa和Upa-的表達式。上面(1-73)、(1-74)、(1-75)式中，我們分別把Upa和Upa-含義為正半波均勻值和負半波均勻值，簡稱半波均勻值，而把Ua和Ua-稱為一周均勻值。從圖1-16-b可以看出，Upa正好等于Up，但Upa-并不等于Up-，Upa-小于Up-

半波均勻值Upa和Upa-，以及一周均勻值Ua和Ua-，關于分解開關電源的工作原理是一個非常緊要的概念，下面常常用到，在這里務必記清楚。

在開關電源中，正激電壓和反激電壓是同時存在的，但在單激式開關電源中一般只能有一種電壓用于功率輸出。這是因為單激式開關電源一般都要求輸出電壓可調，即：通過改變控制開關的占空比來調整開關電源輸出電壓的大小。如：在正激式開關電源中，惟有(1-75)式等號左邊Upa電壓向負載供應功率輸出，通過改變控制開關的占空比，可以改變其輸出電壓的均勻值;在反激式開關電源中，惟有(1-75)式等號右邊Upa-電壓向負載供應功率輸出，通過改變控制開關的占空比，可以改變其輸出電壓的半波均勻值。

在(1-75)式中，倘若把等號左邊的Upa看成是正激電壓，則等號右邊的Upa-就可以看成是反激電壓，反之則反。在正激式開關電源中，由于惟有正激電壓Upa向負載供應功率輸出，所以反激電壓Upa-就相當于一個附屬產品要另外回收;在反激式開關電源中，由于惟有反激電壓Upa-向負載供應功率輸出，所以正激電壓Upa就相當于用來對能量進行存儲，以便于給反激電壓Upa-供應能量輸出。

倘若(1-75)式中正激電壓沒有電流輸出，就不能把正激電壓看成是正激式輸出電壓，我們應當把它看成是反激式輸出電壓的一個過程，就是為反激式輸出電壓存儲能量。這樣含義雖然有點勉強，但緊要目的還是為了讓我們加強對開關電源工作原理的理解。

這是因為，(1-75)式中無論是正激電壓Upa或是反激電壓Upa-，都是由流過變壓器初級線圈的勵磁電流出現的磁通，通過互感的用途所出現的。但勵磁電流出現的磁通并不筆直向正激電壓Upa供應能量輸出，因為(1-71)、(1-72)、(1-73)、(1-74)等式中的磁通并不是由正激電壓出現的，而是由勵磁電流自己出現的。勵磁電流出現的磁通ф雖然通過電磁感應會出現正激電壓，但不出現正激電流輸出，即：勵磁電流對正激式輸出電壓不供應功率輸出。不管正激式輸出功率或電流多大，變壓器初級線圈中的勵磁電流或磁通的變化只與輸入電壓和變壓器的初級電感量有關，而與正激式輸出功率或電流大小無關。

這是因為我們把變壓器鐵心中的磁通ф分成了兩個部分，即：勵磁電流出現的磁通和正激電流出現的磁通，來進行分解的緣故。正激輸出電流出現的磁通與流過變壓器初級線圈電流出現的磁通，方向相反，互相可以抵消，而剩下來的磁通正好就是勵磁電流出現的;因此，惟有勵磁電流出現的磁通才會出現反激式輸出電壓和電流。正激式輸出電壓只與變壓器的輸入電壓和變壓器的初、次級線圈的匝數比有關，兩種電壓輸出機理是不完全相同的。

在變壓器開關電源中，正激式輸出電壓的計算比較簡單，而反激式輸出電壓的計算相對來說很復雜，因此，倘若沒有十分必要，最好采用半波均勻值的概念和(1-75)式，通過計算正激電壓的半波均勻值，來推算反激式輸出電壓的半波均勻值。因此，(1-75)式緊要還是用來計算反激式輸出電壓的半波均勻值的。

另外，還需特別留意：(1-75)式中，正激電壓的幅值或半波均勻值是不會跟隨控制開關的接通時間Ton或占空比D的改變而改變的;而反激電壓的幅值或半波均勻值則要跟隨控制開關的接通時間Ton或占空比D的改變而改變，占空比D越大，反激電壓的幅值或半波均勻值就越高。正激式開關電源與反激式開關電源的差別不只是輸出電壓極性的不同，更緊要的是變壓器的參數要求不相同;在正激式開關電源中，反激式輸出電壓的能量與正激式輸出電壓的能量相比，一般都比較小，有時甚至可以忽略。

依據(1-63)式與半波均勻值的含義，可以求得正激式開關電源輸出電壓為：

(1-76)、(1-77)和(1-78)、(1-79)式看出：

當開關電源工作于正激式輸出狀態的時候，改變控制開關K的占空比D，只能改變輸出電壓(圖1-16-b中正半周)的均勻值Ua，而輸出電壓的幅值Up不變;當開關電源工作于反激式輸出狀態的時候，改變控制開關K的占空比D，不但可以改變輸出電壓uo(圖1-16-b中負半周)的幅值Up-，而且也可以改變輸出電壓的均勻值Ua-。

這里還需提請留意，在決定反激式開關電源輸出電壓的(1-78)式中，并沒有使用反激輸出電壓最大值或峰值Up-的概念，而式使用的Up正好是正擊式輸出電壓的峰值，這是因為反激輸出電壓的最大值或峰值Up-計算比較復雜((1-68)式)，并且峰值Up-的幅度不穩定，它會隨著輸出負載大小的變化而變化;而正擊式輸出電壓的峰值Up則不會隨著輸出負載大小的變化而變化。

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