开关电源电路结构分析及仿真

开关

第11卷第2期河南城建高等专科学校学报Vol.11No.2

2002年6月JournalofHenanUrbanConstructionJuniorCollege　Jun.2002

文章编号:1008-5769(2002)02-0035-05

开关电源电路结构分析及仿真

宋晓燕1,翟子楠1,张晓鹏2

(1.平顶山师专,河南平顶山467000;2.神马集团,河南平顶山467000)

摘　要:　对直流电源变换器的常用电路型式进行了具体工作过程分析;根据所建立的数学模型,分析

MOS管关断瞬间的尖峰电压,得出其瞬间电压方程,并应用PSPICE软件的仿真结果对其进

行验证。

关键词:　直流电源变换器;逆变电路;尖峰中图分类号:　TP334.1　　　　文献标识码:A

　　开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。开关电源现已应用到所有电子设备上,取代了连续控制式的线性电源。在日本,近年来开关电源的产量平均每年呈两位数字增长。同时,由于提高了印刷基本功率器件的安装技术,价格也呈现出大幅度下降的趋势,这种电源目前在技术上还有较大问题有待解决,。　　众所周知,由于集成化技术的普及,,,而与此同时,一,,以致成了硬设备技术上的一个致命弱点。

　　,从理论上说是低损耗的,但是,半导体开关毕竟存在着开关损耗,而其小型化,,这样就会引起温度升高,为避免这种温升又必须增大尺寸,这又会导致可靠性下降。要提高开关频率,就要减少开关损耗,而要减少开关损耗,就需要有高速开关器件,然而,开关速度提高后,会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样,不仅会影响周围电子设备,而且,还会大大降低电源装置本身的可靠性。其中,为防止随开关启———闭所发生的电压浪涌,可采用R-C或L-C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯而制成的磁缓冲器。

　　目前,开关电源的小型化主要通过高频化和高密度化来实现。其次,通过混合IC等高密度安装技术减少了元件数,并缩小了安装空间。

1　开关稳压电源逆变电路的具体分析

　　本文将以应用广泛的全桥式逆变电源为例分析其具体工作状态。

　　图1所示为全桥式逆变电源主电路原理图。图中功率开关器件采用NMOS场效应管。

1.1　功率开关管的开关工作过程

　　VT1开关工作半个周期内集电极电压、电流、中频变压器T1、二次绕组N2的电压以及开关整流二极管VDo1的电流波形示于图2。

　　功率开关管的基极驱动电路激励而开关工作时,一个周期可分为下述几个阶段:

　　①开通过程:VT1、VT4获得正向驱动时,集电极电流迅速上升,电压迅速下降,中频变压器一次绕组N1电压上升,二次绕组电压VN2由于VDo2有一段反向恢复时间,在这段时间里将被一对整流二极管短路,即所谓的“二次短路效应”。

VN2将延迟一段时间才能建立。此时,流过较大的短路电流,这是造成开通时集电极电流尖峰的一个原因,此外,在开通

时,连接在晶体管集电极回路里的尖峰电压吸收网络R1C1的电容C1通过开通晶体管VT1和R1放电。R4C4的电容C4通过开通晶体管VT4和R4放电,而另外吸收网络R2C2的电容C2将通过VT1和R2充电,R3C3的电容C3将通过VT4和R3充电,这些充放电电流叠加在开通晶体管的集电极电流上,这是造成集电极电流尖峰的另一个原因。收稿日期:2001-11-21

第一作者简介:宋晓燕(1976-),女,河南平顶山人,平顶山师专物理系助教。

开关

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图1　全桥式逆变电源主电路原理图

　　在集电极电流峰值期间,由于基极驱动的不足,集电极电压下降速度将减慢,整流二极管VDo2的反向电流逐渐减小,直至零。反向恢复过程结束,VDo2截止,功率开关管集电极电流亦随之下降,直至达到与负载电流相应的值。集电极电压进一步下降到负载电流和基极驱动电流所决定的饱和压降,二次绕组电压VN2亦同时建立,开通过程结束,时间为图2中tt1。

　　②导通阶段:VT4,,容的充电电流所决定的斜率随时间线性地上升直至t3。　　在t2时刻,基极正向驱动结束,由于晶体管的存储效应,它将继续维持导通ts时间(存储时间),然后开始关断过程。

图2　VT1工作半周期内各电量波形

　　③关断过程:自t3时刻开始关断过程,功率开关管VT1、VT4的集电极电流下降,电压上升,输出电感在晶体管导通期间存储的能量开始释放,继续维持原来的电流经导通二极管VDo1流过,当VT1、VT4的集电极电压VCE1、VCE4上升到输入电源电压时,中频变压器原、副边绕组电压均下降到零。此后,另一个二极管VDo2开始分担电感电流。VDo1的电流迅速下降。很快,一对二极管将平均分担电感电流。功率开关管集极电压由于中频变压器一、二次绕组漏感的作用,继续上升直至最大值,然后下降,并经过衰减振荡,最后趋向终值,关断过程至t4时刻结束。　　④截止阶段:从t4开始到下一个周期基极正向驱动到达VT1、VT4重新开始开通过程为止。

1.2　关断过程尖峰电压的数学描述

　　VT4关断前电路所处的状态,即电路的初 …… 此处隐藏：2955字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……