開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載八）并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理

1-4-1.并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的工作原理

圖1-11-a是并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖，圖1-11-b是并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形。圖1-11-a中Ui是開(kāi)關(guān)電源的工作電壓，L是儲(chǔ)能電感，K是控制開(kāi)關(guān)，R是負(fù)載。圖1-11-b中Ui是開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓，Uo是開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓，Up是開(kāi)關(guān)電源輸出的峰值電壓，Ua是開(kāi)關(guān)電源輸出的平均電壓。

當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K接通時(shí)，輸入電源Ui開(kāi)始對(duì)儲(chǔ)能電感L加電，流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流開(kāi)始增加，同時(shí)電流在儲(chǔ)能電感中也要產(chǎn)生磁場(chǎng);當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時(shí)候，儲(chǔ)能電感會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生電流的方向與原來(lái)電流的方向相同，因此，在負(fù)載上會(huì)產(chǎn)生很高的電壓。

在Ton期間，控制開(kāi)關(guān)K接通，儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL正好與輸入電壓Ui相等，即：

eL = Ldi/dt = Ui —— K接通期間 (1-35)

對(duì)上式進(jìn)行積分，可求得流過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流為：

式中iL為流過(guò)儲(chǔ)能電感L電流的瞬時(shí)值，t為時(shí)間變量，i(0)為流過(guò)儲(chǔ)能電感的初始電流，即：開(kāi)關(guān)K接通前瞬間流過(guò)儲(chǔ)能電感的電流。一般當(dāng)占空比D小于或等于0.5時(shí)，i(0)= 0，由此可以求得流過(guò)儲(chǔ)能電感L的最大電流ILm為：

ILm =Ui*Ton/L —— K接通期間(D = 0.5) (1-37)

式中Ton為控制開(kāi)關(guān)K接通的時(shí)間。當(dāng)圖1-11-a中的控制開(kāi)關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)能電感L會(huì)把其存儲(chǔ)的能量(磁能)通過(guò)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行釋放，儲(chǔ)能電感L產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)為：

式中負(fù)號(hào)表示反電動(dòng)勢(shì)eL的極性與(1-35)式中的符號(hào)相反，即：K接通與關(guān)斷時(shí)電感的反電動(dòng)勢(shì)的極性正好相反。對(duì)(1-38)式階微分方程求解得：

式中C為常數(shù)，把初始條件代入上式，就很容易求出C，由于控制開(kāi)關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，流過(guò)儲(chǔ)能電感L中的電流iL不能突變，因此，i(Ton+)正好等于流過(guò)儲(chǔ)能電感L的最大電流ILm ，所以(1-39)式可以寫(xiě)為：

當(dāng)t等于很大時(shí)，并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的值將接近輸入電壓Ui，但這種情況一般不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榭刂崎_(kāi)關(guān)K的關(guān)斷時(shí)間等不了那么長(zhǎng)。

從(1-42)式可以看出，當(dāng)并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載R很大或開(kāi)路時(shí)，輸出脈沖電壓的幅度將非常高。因此，并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源經(jīng)常用于高壓脈沖發(fā)生電路。