開關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載三十六）交流輸出單電容半橋式變壓器開關(guān)電源

1-8-2-2.交流輸出單電容半橋式變壓器開關(guān)電源

圖1-39是單電容半橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理圖。這里的單電容是把圖1-36中的上分壓電容器C1或下分壓電容器省掉了的意思，因此，圖1-39的單電容半橋式變壓器開關(guān)電源是相對(duì)于圖1-36的雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源而言的。

圖1-36的半橋式變壓器開關(guān)電源采用兩個(gè)電容進(jìn)行分壓的方式來對(duì)開關(guān)變壓器進(jìn)行供電，因此我們把它稱之為雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源;圖1-39的半橋式變壓器開關(guān)電源采用一個(gè)電容對(duì)開關(guān)變壓器進(jìn)行供電，因此我們把它稱之為單電容半橋式變壓器開關(guān)電源。在沒有特別指明的情況下，我們把兩者都統(tǒng)稱半橋式變壓器開關(guān)電源。

順便說明，圖1-39中是把圖1-36中的上分壓電容器C1省掉了，但倒過來，如果保留上分壓電容器C1，而去掉下分壓電容器C2，這種上拉式單電容半橋式變壓器開關(guān)電源同樣可以正常工作，并且與圖1-39的下拉式單電容半橋式變壓器開關(guān)電源有同樣的電器性能，只不過是電壓輸出極性正好相反。

單電容半橋式變壓器開關(guān)電源在剛開始工作的時(shí)候，由于電容C1事先沒有充滿電，開關(guān)電源開始輸出的電壓波形正、負(fù)半周是不對(duì)稱的，輸出電壓總是正半周的電壓高于負(fù)半周的電壓，需要經(jīng)過一段時(shí)間以后，輸出電壓才能穩(wěn)定。

開關(guān)電源剛開始工作的時(shí)候，控制開關(guān)K1和K2來回接通和關(guān)斷，電容器C1開始反復(fù)充、放電，并且電容器C1在開始充、放電的時(shí)候，電容器C1兩端電壓的平均值會(huì)不斷上升，即電容器C1充電時(shí)存儲(chǔ)的電荷量大于放電時(shí)釋放的電荷量;需要經(jīng)過一段時(shí)間以后，等電容器C1充、放電的電荷量完全相等的時(shí)候，即電容器C1兩端的電壓正好等于輸入電壓Ui的一半時(shí)，單電容半橋式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓才開始穩(wěn)定。

下面我們進(jìn)一步詳細(xì)分析單電容半橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理。

當(dāng)控制開關(guān)K1剛接通的時(shí)候，輸入電源Ui通過電容器C1加到開關(guān)變壓器初級(jí)線圈a、b兩端對(duì)開關(guān)變壓器進(jìn)行供電。同時(shí)，電容器C1也開始充電，流過電容器C1的電流可看成是由兩部分組成。

一部分電流i1是流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組的勵(lì)磁電流，我們可以把開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組看成是一個(gè)電感，這樣就相當(dāng)于電源電壓Ui通過控制開關(guān)K1和電感L對(duì)電容器C1進(jìn)行充電。而另一部分電流i2是流過開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N2繞組折射到初級(jí)線圈的電流，這一部分電流相當(dāng)于電源變壓器次級(jí)線圈輸出電流的n倍，n為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈與初級(jí)線圈的匝數(shù)比。這樣又相當(dāng)于電源電壓Ui通過控制開關(guān)K1和等效負(fù)載電阻R對(duì)電容器C1進(jìn)行充電，請(qǐng)參考圖1-40。

在圖1-40中，圖1-40-a是控制開關(guān)K1接通時(shí)，電源電壓Ui通過控制開關(guān)K1和開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組對(duì)電容器C1進(jìn)行充電的原理圖，圖1-40-b是把流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組的電流等效成勵(lì)磁電流i1與負(fù)載電流i2之和。

如要對(duì)圖1-40-a或1-40-b的電路進(jìn)行精確計(jì)算，需要求解一組微分方程，計(jì)算是很復(fù)雜的。不過，我們知道，在電感與電容組成的電路中，電容充電時(shí)其兩端的電壓是按正弦曲線上升的，而放電時(shí)其兩端的電壓是按余弦曲線下降;在電阻與電容組成的電路中，電容充電時(shí)其兩端的電壓是按指數(shù)曲線上升的，而放電時(shí)其兩端的電壓是按指數(shù)曲線下降。

在電感與電容串聯(lián)組成的電路中，電容充電時(shí)其兩端的電壓是按正弦曲線上升的，其工作原理也很容易理解。由于在電感與電阻，或電容與電阻，串聯(lián)組成的電路中，電感與電容被充電時(shí)其兩端的電壓都是按指數(shù)曲線變化;不過電感兩端的電壓是按指數(shù)曲線下降，而電容兩端的電壓則是按指數(shù)曲線上升;如果電感與電容同時(shí)被進(jìn)行串聯(lián)充電，那么電感與電容兩端的電壓將會(huì)按一對(duì)共扼指數(shù)曲線一起變化，根據(jù)歐拉公式，兩個(gè)共扼指數(shù)的代數(shù)和正好是一個(gè)正弦函數(shù)或余弦函數(shù)。

電容器充、放電的詳細(xì)過程與分析請(qǐng)參考前面《1-7-2.開關(guān)電源電路的過渡過程》章節(jié)中與(1-114)、(1-115)等式的相關(guān)內(nèi)容，這里我們不再贅述。