看透干式變壓器開(kāi)關(guān)電源的致命原理

我們來(lái)分析一下控制開(kāi)關(guān)K關(guān)閉時(shí)的情況。在Toff期間，控制開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)，流經(jīng)干式變壓器初級線(xiàn)圈的電流突然變?yōu)?。由于干式變壓器一次線(xiàn)圈回路中的電流突然變化，但干式變壓器鐵芯中的磁通量不能突然變化，所以需要要求流經(jīng)干式變壓器二次線(xiàn)圈回路的電流也突然變化，以抵消干式變壓器一次線(xiàn)圈中電流的突然變化，否則干式變壓器一次線(xiàn)圈回路中會(huì )出現很高的反電動(dòng)勢電壓，從而擊穿控制開(kāi)關(guān)或干式變壓器。如果干式變壓器鐵芯中的磁通量突然變化，干式變壓器的一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生無(wú)限高的反電動(dòng)勢，反過(guò)來(lái)會(huì )產(chǎn)生無(wú)限大的電流，線(xiàn)圈中電流產(chǎn)生的磁力線(xiàn)會(huì )抵抗磁通量的變化。因此，干式變壓器鐵芯中磁通量的變化較終會(huì )受到干式變壓器一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈中電流的約束。因此，在控制開(kāi)關(guān)k斷開(kāi)的Toff期間，干式變壓器鐵芯中的磁通量主要由干式變壓器次級線(xiàn)圈電路中的電流決定，即：

E2=-N2 */dt=-L2 * di2/dt=i2r ——K在關(guān)斷期間，公式(1-64)中的負號表示反電動(dòng)勢E2的極性與公式(1-62)中的相反，也就是說(shuō)，當K接通和關(guān)斷時(shí)，干式變壓器次級線(xiàn)圈產(chǎn)生的感應電動(dòng)勢的極性正好相反。求解公式(1-64)的微分方程：

公式中c是常數，把初始閾值代入上面的公式很容易找到c。當控制開(kāi)關(guān)k突然從接通變?yōu)閿嚅_(kāi)時(shí)，干式變壓器初級線(xiàn)圈電路中的電流突然變?yōu)榱?，但干式變壓器鐵芯中的磁通量不會(huì )突然變化。因此，在控制開(kāi)關(guān)k接通期間，干式變壓器次級線(xiàn)圈電路中的電流i2必須恰好等于電流i2(Ton)，并且干式變壓器初級線(xiàn)圈電路中的勵磁電流被轉換為干式變壓器次級線(xiàn)圈電路中的電流之和。因此，(1-65)可以寫(xiě)成：(1-66)，括號中的較好項表示干式變壓器次級線(xiàn)圈電路中的電流，第二項表示干式變壓器初級線(xiàn)圈電路中的勵磁電流轉換為干式變壓器次級線(xiàn)圈電路中的電流。圖1-16-a單勵磁干式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓uo等于：(1-68)Up-是反擊輸出電壓的峰值或較大值?？梢钥闯?，在控制開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)的瞬間，當干式變壓器的次級線(xiàn)圈電路的負載斷開(kāi)時(shí)，干式變壓器的次級線(xiàn)圈電路會(huì )產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢。理論上，當時(shí)間t等于無(wú)窮大時(shí)，干式變壓器次級線(xiàn)圈電路的輸出電壓將為0，但這種情況一般不會(huì )發(fā)生，因為控制開(kāi)關(guān)k的關(guān)斷時(shí)間不能等那么久。從公式(1-63)和(1-67)可以看出，開(kāi)關(guān)電源干式變壓器的工作原理與普通干式變壓器不同。開(kāi)關(guān)電源工作在正向勵磁時(shí)，開(kāi)關(guān)電源干式變壓器的工作原理與普通干式變壓器基本相同。當開(kāi)關(guān)電源工作在反激式時(shí)，開(kāi)關(guān)電源干式變壓器的工作原理相當于一個(gè)儲能電感。如果我們用平均值Upa和Upa-表示輸出電壓uo的正負半波，那么：

等式(1-71)和(1-72)被積分以得到： #p#分頁(yè)標題#e#

因此，我們可以得出單勵磁干式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的正半波和負半波面積完全相等，即用單勵磁輸出(1-75) (1-75)公式計算單勵磁干式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的半波平均值，Upa和Upa-。在上面的等式(1-73)、(1-74)和(1-75)中，我們把Upa和Upa-分別定義為正半波平均和負半波平均，簡(jiǎn)稱(chēng)Ua和Ua-為周平均。從圖1-16-b可以看出，Upa剛好等于Up，但是Upa-不等于Up-，而Upa-小于Up-半波平均值Upa和Upa-，周平均值ua和Ua-，這是分析開(kāi)關(guān)電源工作原理非常重要的概念，下面經(jīng)常用到，這里一定要記住清楚。在開(kāi)關(guān)電源中，正向電壓和反激電壓同時(shí)存在，但在單模開(kāi)關(guān)電源中，通常只有一個(gè)電壓可以用于功率輸出。這是因為單觸發(fā)開(kāi)關(guān)電源一般要求輸出電壓可調，即可以通過(guò)改變控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)調節開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓。例如正向開(kāi)關(guān)電源中，只有等號(1-75)左邊的Upa電壓向負載提供功率輸出，通過(guò)改變控制開(kāi)關(guān)的占空比可以改變其輸出電壓的平均值；反激式開(kāi)關(guān)電源中，只有等號(1-75)右側的Upa-電壓向負載提供功率輸出，其輸出電壓的半波平均值可以通過(guò)改變控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)改變。在公式(1-75)中，如果等號左邊的Upa視為正向電壓，那么等號右邊的Upa-可以視為反激電壓，反之亦然。在正向開(kāi)關(guān)電源中，由于只有正向電壓Upa向負載提供功率輸出，反激電壓Upa-相當于一個(gè)需要單先回收的附件產(chǎn)品；在回掃開(kāi)關(guān)電源中，因為只有回掃電壓Upa-向負載提供功率輸出，所以正向電壓Upa相當于存儲能量以向回掃電壓Upa-提供能量輸出。如果公式(1-75)中正向電壓沒(méi)有電流輸出，則正向電壓不能視為正向輸出電壓，但我們應該將其視為反激輸出電壓的一個(gè)過(guò)程，即為反激輸出電壓儲存能量。雖然這個(gè)定義有點(diǎn)勉強，但主要目的是增強我們對開(kāi)關(guān)電源工作原理的理解。這是因為公式(1-75)中的正向激勵電壓Upa和反激電壓Upa-都是由流經(jīng)干式變壓器初級線(xiàn)圈的激勵電流通過(guò)互感產(chǎn)生的磁通量產(chǎn)生的。然而，由激勵電流產(chǎn)生的磁通量不直接向正向電壓Upa提供能量輸出，因為等式(1-71)、(1-72)、(1-73)和(1-74)中的磁通量不是由正向電壓產(chǎn)生的，而是由激勵電流本身產(chǎn)生的。勵磁電流產(chǎn)生的磁通量會(huì )通過(guò)電磁感應產(chǎn)生正向電壓，但不會(huì )

正激電流輸出，即：勵磁電流對正激式輸出電壓不提供功率輸出。不管正激式輸出功率或電流多大，干式變壓器初級線(xiàn)圈中的勵磁電流或磁通的變化只與輸入電壓和干式變壓器的初級電感量有關(guān)，而與正激式輸出功率或電流大小無(wú)關(guān)。 這是因為我們把干式變壓器鐵心中的磁通ф分成了兩個(gè)部分，即：勵磁電流產(chǎn)生的磁通和正激電流產(chǎn)生的磁通，來(lái)進(jìn)行分析的緣故。正激輸出電流產(chǎn)生的磁通與流過(guò)干式變壓器初級線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通，方向相反，互相可以抵消，而剩下來(lái)的磁通正好就是勵磁電流產(chǎn)生的；因此，只有勵磁電流產(chǎn)生的磁通才會(huì )產(chǎn)生反激式輸出電壓和電流。正激式輸出電壓只與干式變壓器的輸入電壓和干式變壓器的初、次級線(xiàn)圈的匝數比有關(guān)，兩種電壓輸出機理是不完全一樣的。 在干式變壓器開(kāi)關(guān)電源中，正激式輸出電壓的計算比較簡(jiǎn)單，而反激式輸出電壓的計算相對來(lái)說(shuō)很復雜，因此，如果沒(méi)有十分必要，較好采用半波平均值的概念和（1-75）式，通過(guò)計算正激電壓的半波平均值，來(lái)推算反激式輸出電壓的半波平均值。因此，（1-75）式主要還是用來(lái)計算反激式輸出電壓的半波平均值的。 另外，還需特別注意：（1-75）式中，正激電壓的幅值或半波平均值是不會(huì )跟隨控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)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平均值則要跟隨控制開(kāi)關(guān)的接通時(shí)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平均值就越高。正激式開(kāi)關(guān)電源與反激式開(kāi)關(guān)電源的區別不只是輸出電壓極性的不同，更重要的是干式變壓器的參數要求不一樣；在正激式開(kāi)關(guān)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(shí)甚至可以忽略。 根據（1-63）式與半波平均值的定義，可以求得正激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓為： （1-76）、（1-77）和（1-78）、（1-79）式看出： 當開(kāi)關(guān)電源工作于正激式輸出狀態(tài)的時(shí)候，改變控制開(kāi)關(guān)K的占空比D，只能改變輸出電壓（圖1-16-b中正半周）的平均值Ua，而輸出電壓的幅值Up不變；當開(kāi)關(guān)電源工作于反激式輸出狀態(tài)的時(shí)候，改變控制開(kāi)關(guān)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平均值Ua-。 這里還需提請注意，在決定反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的（1-78）式中，并沒(méi)有使用反激輸出電壓較大值或峰值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較大值或峰值Up-計算比較復雜（（1-68）式），并且峰值Up-的幅度不穩定，它會(huì )隨著(zhù)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(huì )隨著(zhù)輸出負載大小的變化而變化。 #p#分頁(yè)標題#e#

來(lái)源：電源網(wǎng)