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开关电源中开关管的导通、截止与启动

日期:2021-2-5  阅读:7次

严格来讲,开关电源中的开关管是一个特别复杂的过程,但是在分析工作原理时,通常首先要简化一些非主要问题。例如,当电源开关打开或关闭时,我们将其视为理想的开关,并且在工作时只有两种状态(打开或关闭)。但是实际上,开关的接通和断开是特别复杂的过程。除了打开或关闭以外,还有一个高频无法忽略的问题。当开关打开时,它来自截止区域。到达放大区,然后从放大区到饱和区。这个工作过程需要使用微分方程来解决,在这里我不想向您介绍太复杂。
简而言之,打开和关闭电源开关需要花费时间。通常,将开关的接通时间ton分为接通延迟时间td和接通时间tr,将开关的断开时间分为断开延迟时间tstg(或封闭的存储时间)和下降时间tf。
图1是开关电源接通和断开过程的测试波形。实际上,图1中的测试波形也得到了简化。在实际波形中,波形的上升沿通常是具有正变化率的指数曲线。波形的下降沿是具有负变化率的指数曲线。为简单起见,将图1替换为一条直线。
开关电源开关过程的测试波形
在开关电源的第一个工作周期中,由于输出电压应为滤波储能电容器充电,由于充电电流大,负载将特别重(或相当于负载短路),因此一般开关电源应采取软启动措施,开始时占空比很小,然后逐渐恢复正常,即开始时输出功率很小,然后逐渐变大。或者在开始时,工作电压相对较低,然后缓慢上升到正常值。
严格来说,开关电源将始终处于不稳定状态,所谓的稳定只是相对的。例如,开关电源的稳压过程是这样的:当输出电压升高时,采样和比较后,采样电路将误差信号输出到脉宽调制电路以减小占空比,从而减小占空比。输出电压;在输出电压降低之后,在采样和比较之后,采样电路将向脉冲宽度调制电路输出误差信号以增加占空比,从而增加输出电压。这样,开关电源的输出电压将始终保持恒定。振荡频率在电压平均值附近振荡。所谓的电压调节就是输出电压的平均值相对稳定。
由于流经开关变压器初级线圈的电流不是一个稳定值,通常为锯齿波,整流后的输出电流也相同。 LED恒流驱动通常意味着经过滤波后,滤波器输出的电流相对稳定。该稳定性也指平均值,滤波器的输入电流通常为锯齿波。
开关电源的第一周期通常被认为是从开关管的导通开始的。这主要取决于要分析的电路插入的位置。如果它是指开关电源的全部电路何时开始工作,则可以将其视为在电源开关打开后马上开始工作。如果需要分析各个点处的波形,则必须将电路中设备的波形作为参考点(或同步点)。
在开关电源的第一个周期中,通用采样电路基本上不工作,因为输出电压会对滤波电容器充电,因此需要几个周期才能充电到正常值,只有在输出电压达到正常值后,采样电路正常工作。但是,在采样电路正常工作之前,其输出电压的绝对值等于0,这也是误差信号输出的一种特别情况(负最大值)。在这种情况下,如果开关电源没有软启动电路,则开关管的占空比将特别大,很简单使变压器饱和并损坏开关管。