彩色电视机开关电源设计解析(2)

    在Q1截止期间因有次级电流i2流过NS，在NS上产生的电压幅值近似为输出电压VO(忽略二极管正向压降及引线损耗)，此电压反映在初级绕组NP上产生感应电动势VNP：

         VNP=VO   (8)

因此截止时功率管Q1所承受的最大电压应力为

       VDSmax=VDCmax＋VNP=VDCmax＋VO       (9)

    在实际运用时，Q1所承受的最大电压应力不仅限于VDSmax，同时还要加上由变压器漏感所带来的附加电压尖峰(估计约为0.3VDC)，而且在选双极型管时，需要注意以上二者之和应该比所选管的额定值VCEO小30％，这样才有足够的安全余量。

    2）连续工作方式如果市电电压升高或者接收负载减轻，这使次级电流i2在Q1的下一次导通到来之时仍未下降到零，磁芯仍含有一部分储能，它会反映到初级，使此后Q1的每一次导通，相应的初级电流i1及磁通φ都不是从零而是从一个恒定值开始上升。这种工作状态叫连续方式，其波形如图4所示。

图4  连 续 方 式 波 形

    应该指出，根据磁通复位原则，在连续方式中会存在一个磁通平衡点φO，在φO的基础上让导通时的磁通增加量Δφ1等于截止时磁通减少量Δφ2，故有

          VDCton=VOtoff

得出

          VO=VDC=   (10)

    由式（10）可知，如果图1的电路工作在连续方式中，则输出电压VO只取决于匝数比NS/NP，时间比ton/toff以及输入直流电压VDC，而和负载RL无关。

    同样地，实际的电源应该象图3那样加入反馈电路，那么由式(10)可知，这个电路的作用应该是当输入直流电压VDC升高时，让ton减少，或者当VDC减少时，让ton升高，以便保持输出电压VO不变。

    如果将式(8)代入式(10)，则有

       VDCton=VNPtoff   （11）

由此可进一步简化式(9)，即截止时功率管Q1所承受的最大电压应力可化为

        VDSmax=VDCmax＋VO=VDCmax＋VDCmax=        (12)

考虑功率管还要承受由变压器漏电感所引起的电压尖峰(其值约为0.3VDCmax)。因此实际VDSmax′应为

       VDSmax′=VDSmax＋0.3VDCmax=1.3VDCmax＋(NP/NS)VO     (13)

    3）实例

    有一29吋电视机其最大输入市电电压为AC 264V，变压器NP=32匝，NS=28匝，VO=140V，则由式(13)得出VDSmax′=1.3××264V＋160V=645V。设计时，对MOSFET管要选择其VDS耐压≥VDSmax′的，下面介绍连续方式的输入、输出电流与负载功率的关系。

    图5示出连续方式的初级和次级电流波形。其输出功率等于输出电压乘次级电流脉冲的平均值。现定义ICSR为次级电流脉冲线性斜坡部分的中点值，故有

          PO=VOICSR=VOICSR(1－ton/T)    (14)

          ICSR=         (15)

    图5中的初级电流脉冲线性斜坡部分的中点值ICPR，则由Pi=1.25PO=VDCICPR得

          ICPR=    (16)

图5  连 续 方 式 中 的 初 次 级 电 流 台 阶

需要注意的是，连续方式的出现刚好在初级电流斜坡出现台阶的时候，由图5可见当ICPR升高到等于斜坡幅度ΔI1P的一半时，电流台阶开始出现，此时的ICPR在连续方式中是最小的，结合式(16)有

          ICPRmin=ΔI1P=

或者

     ΔI1P=    (17)

上式的tonmax可由式(11)在给定的最小VDCmin下求出。又因ΔI1P=(VDCmin)ton/LP故有

        LP==     (18)

    利用式(10)～(18)，可以计算工作于连续方式下的反激型变换器各相关参数值。需要指出的是，分别按二种方式来设计反激型变换器，会得出很不同的结果。例如文献[1]曾使用不连续与连续两种工作方式分别设计一个工作于50kHz的DC/DC反激变换器，假定其输入DC电压为38V，输出5V，输出功率为50W，则对初级电感LP以及初次级电流会得出如下表1所示的很不同结果。

表1  不同工作方式下的反激型变换器设计比较