DC-DC变换器主回路元件及其特性
1. 功率开关
任何一种DC-DC变换器,主回路使用的元件只是功率开关、电感和电容。功率开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态,并且快速地进行转换。只有快速,状态转换引起的损耗才小。目前使用的功率开关多是双极型晶体管、功率场效应管,逐步普及的有IGBT管,还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。除了220V整流用的二极管是普通整流管外,其他二极管是开关二极管,要求能快速地开关。
主回路也不是绝对不能有电阻元件。但前提是极有利于控制性能而又不引起多大的损耗,而且限于在几十瓦以下的小功率变换器中应用。一般其阻值在毫欧级,其所得到的毫欧级电压可作为当前工作周期进行电流控制或保护的信号。
2. 电感
电感是开关电源中常用的元件,由于它的电流、电压相位不同,因此理论上损耗为零。电感常用作储能元件,也常与电容一起用在输入滤波器和输出滤波器上,用于平滑电流,也称它为扼流圈。其特点是流过其上的电流有“很大的惯性”。换句话说,由于“磁通连续”性,电感上的电流必须是连续的,否则将会产生很大的电压尖峰波。
电感为磁性元件,有磁饱和的问题。应用中有允许其饱和的,有允许其从一定电流值起开始进入饱和的,也有不允许其出现饱和的,在具体线路中要注意区分。在多数情况下,电感工作在“线性区”,此时电感值为一常数,不随端电压与流过电流而变化。但是,在开关电源中有一个不可忽视的问题,就是电感的绕线所引起两个分布参数(或称寄生参数)的现象。其一是绕线电阻,这是不可避免的;其二是分布式杂散电容,随绕制工艺、材料而定。杂散电容在低频时影响不大,随着频率的提高而渐显出来,到某一频率以上时,电感也许变成电容的特性了。如果将杂散电容“集成”为一个,则从电感的等效电路可以明白地看出在某一角频率后的电容性。
在分析电感在线路中工作或绘波形图时,可以考虑下面几个特点:
(1) 在电感L中有电流I流过时,储存有的能量;
(2) 当电感L两端的电压V不变时,依公式可知,忽略内阻R时,电感电流变化率,表明电感电流线性增加;
(3) 正在储能的电感器,因为能量不能瞬时突变,若切断电感在变压器原边回路时,能量绝大部分经变压器副边出现的电流输送至负载,原、副边耦合中保持相同的安匝数,维持磁场不变,或每匝伏
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