如何理解反激式開關(guān)電源輔助繞組電壓隨次級(jí)輸出功率增加而增加

在反激式開關(guān)電源的研究與應(yīng)用中，一個(gè)值得關(guān)注的現(xiàn)象是其輔助繞組電壓會(huì)隨著次級(jí)輸出功率的增加而上升。深入理解這一現(xiàn)象背后的原理，對(duì)于優(yōu)化反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)、提升其性能以及保障其穩(wěn)定運(yùn)行都有著重要意義。

反激式開關(guān)電源作為一種常見的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要由開關(guān)管、變壓器、輸出整流濾波電路以及控制電路等部分組成。其工作過程可分為兩個(gè)主要階段：開關(guān)管導(dǎo)通階段和開關(guān)管關(guān)斷階段。

在開關(guān)管導(dǎo)通期間，輸入電壓施加在變壓器的初級(jí)繞組上，初級(jí)繞組中有電流流過，電能以磁場(chǎng)能量的形式存儲(chǔ)在變壓器中。此時(shí)，由于變壓器的同名端關(guān)系，次級(jí)繞組和輔助繞組上感應(yīng)出的電壓方向使得整流二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，沒有能量向負(fù)載傳輸。

當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，初級(jí)繞組中的電流迅速下降，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變壓器中存儲(chǔ)的磁場(chǎng)能量開始釋放。次級(jí)繞組和輔助繞組上感應(yīng)出的電壓方向發(fā)生改變，次級(jí)繞組的整流二極管導(dǎo)通，能量通過次級(jí)繞組傳輸?shù)截?fù)載端，為負(fù)載提供電能;輔助繞組則為控制電路等提供所需的工作電源。

輔助繞組電壓與次級(jí)輸出功率的內(nèi)在聯(lián)系

(一)能量守恒角度

從能量守恒的角度來看，反激式開關(guān)電源在工作時(shí)，輸入的電能最終會(huì)通過變壓器傳輸?shù)酱渭?jí)負(fù)載和輔助繞組所連接的電路中。當(dāng)次級(jí)輸出功率增加時(shí)，意味著有更多的能量需要從初級(jí)繞組經(jīng)變壓器傳遞到次級(jí)繞組。在這個(gè)能量傳遞過程中，變壓器作為能量傳遞的媒介，其各個(gè)繞組之間存在著緊密的能量關(guān)聯(lián)。

由于變壓器的磁芯特性和繞組匝數(shù)比是固定的，為了滿足次級(jí)輸出功率增加的需求，初級(jí)繞組在存儲(chǔ)能量階段需要存儲(chǔ)更多的能量。這就要求初級(jí)繞組在開關(guān)管導(dǎo)通期間有更大的電流。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，初級(jí)繞組電流的增大必然會(huì)導(dǎo)致變壓器磁芯中的磁通變化量增大。

而輔助繞組與初級(jí)繞組繞在同一磁芯上，它們之間通過磁耦合相互聯(lián)系。當(dāng)磁芯中的磁通變化量增大時(shí)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律(其中為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為繞組匝數(shù)，為磁通)，輔助繞組上感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)也會(huì)相應(yīng)增大。在忽略輔助繞組自身電阻和負(fù)載等效電阻對(duì)電壓的影響時(shí)，輔助繞組上的電壓也就隨之升高。

(二)負(fù)載效應(yīng)與反饋機(jī)制

反激式開關(guān)電源通常配備有反饋控制電路，用于穩(wěn)定輸出電壓。當(dāng)次級(jí)輸出功率增加時(shí)，次級(jí)輸出電壓會(huì)有下降的趨勢(shì)。為了維持次級(jí)輸出電壓的穩(wěn)定，反饋控制電路會(huì)做出響應(yīng)，它會(huì)增大開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，使得初級(jí)繞組在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存儲(chǔ)更多的能量。

隨著初級(jí)繞組導(dǎo)通時(shí)間的增加，初級(jí)繞組中的電流峰值增大，變壓器磁芯中的磁通變化量進(jìn)一步增大。同樣，基于電磁感應(yīng)原理，輔助繞組上感應(yīng)出的電壓也會(huì)升高。這一過程中，負(fù)載效應(yīng)(次級(jí)輸出功率變化對(duì)輸出電壓的影響)和反饋機(jī)制(為穩(wěn)定輸出電壓而對(duì)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間的調(diào)整)共同作用，導(dǎo)致了輔助繞組電壓隨著次級(jí)輸出功率的增加而增加。

(三)變壓器參數(shù)影響

變壓器的參數(shù)，如繞組匝數(shù)比，對(duì)輔助繞組電壓與次級(jí)輸出功率之間的關(guān)系也有著重要影響。假設(shè)變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)為，次級(jí)繞組匝數(shù)為，輔助繞組匝數(shù)為。根據(jù)變壓器的電壓變換公式(為初級(jí)繞組電壓，為次級(jí)繞組電壓)以及(為輔助繞組電壓)，在初級(jí)繞組電壓和匝數(shù)比固定的情況下，當(dāng)次級(jí)輸出功率增加，導(dǎo)致初級(jí)繞組電流和磁通變化量改變時(shí)，輔助繞組電壓會(huì)按照匝數(shù)比的關(guān)系相應(yīng)變化。

如果輔助繞組匝數(shù)相對(duì)較少，那么在相同的磁通變化量下，其感應(yīng)出的電壓變化幅度可能會(huì)更大;反之，如果匝數(shù)較多，電壓變化幅度相對(duì)較小。但總體趨勢(shì)都是隨著次級(jí)輸出功率的增加，輔助繞組電壓會(huì)上升。

反激式開關(guān)電源輔助繞組電壓隨次級(jí)輸出功率增加而增加這一現(xiàn)象，是由其工作原理、能量守恒定律、負(fù)載效應(yīng)與反饋機(jī)制以及變壓器參數(shù)等多種因素共同作用的結(jié)果。深入理解這一現(xiàn)象，有助于工程師在設(shè)計(jì)和應(yīng)用反激式開關(guān)電源時(shí)，更好地優(yōu)化電路參數(shù)，提高電源的性能和穩(wěn)定性，滿足各種實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的需求。