工程師都知道實際的開關電源半橋拓撲都有一個隔直電容,其實在原理拓撲中是沒有這個電容的。
這個電容的存在一定是有它的道理的,該如何理解,又該如何計算它的容量?
圖1
半橋基本工作原理
首先忽略小容量阻斷電容Cb,則Np下端可近似地看作連接到C1和C2的連接點。若C1、C2的容量基本相等,則連接處的電壓近似為整流輸出電壓的一半,約為168V。通常的做法是在C1、C2的兩端各并接等值放電電阻來均衡兩者的電壓。圖1中的開關Q1和Q2輪流導通半個周期。Q1導通Q2關斷時,Np的同名端(有點端)電壓為+168V,Q2承受電壓為336V;同理,Q2導通Q1關斷時,Q1承受電壓為336V,此時Np同名端電壓為-168V。
Cb的作用
從原理上講Cb是可以不要的,但原理終歸是原理是純理想化的東西,但我們是工程師我們要設計產品一定要聯系實際。原理成立的前提是C1和C2上的電壓是完全相等的,但在實際的半橋電源中一定不會相等,為什么呢?比如C1和C2兩個電容雖然選的是同一型號同一容量但總會存在誤差,從而使C1、C2兩端的電壓不相等。我們假設C1兩端的電壓170V,C2兩端的電壓為166V,半橋拓撲上管下管的導通時間是相同的,根據伏秒平衡一個周期下來就會4V×D是多出來的復不了位打破了平衡(多出來的這4V也可以理解成直流分量),經過多個周期后磁芯就飽和了。
我們再來分析一下,還是C1為170V,C2為166V,如果有Cb的存在上管導通時,正向加在繞組兩端的電壓就會被Cb分掉一些(左負右正)不會達到170V,下管導通時,由于Cb上存在左負右正的少量電壓,Cb的這個電壓會疊加在C2的166V之上,一起加在繞組兩端(方向跟上面的相反)繞組上的電壓就會超過166V,從而調整了磁通不平衡,使系統收斂。
注意一下,電路系統中存在著其他很多不確定的因素,Cb電容不一定是左正右負,也有可能右正左負,無論是正向充電還是反向充電Cb電容都在不斷的在做著維護平衡的工作。
上面的分析只有一個大概的思路,有很多地方不嚴謹還請諒解,有興趣的朋友可以自己更進一步的精確分析。
隔直電容Cb是如何計算的?
圖2
設允許的下降量為dV,產生該壓降的等效平頂脈沖電流為Ipft,而流通該電流的時間為0.8T/2(假設),所需的阻斷電容值可用下式得到
Ipft的計算很簡單
設效率為80%,則
電源輸入電壓最低時,輸入功率等于初級電壓最小值與對應的初級電流平均的乘積。即 1.25Po=(Vdc/2)(Ipft)(0.8T/T)
其中Vdc(下方加一橫)為最低輸入直流電壓。
實際舉例計算隔直電容Cb的容量
一個功率為150W的半橋開關電源,額定直流輸入電壓為320V,頻率為100kHz,設有15%的網壓波動,最小輸入電壓為272V,則初級電壓應為±272/2= ±136V。
初級平頂脈沖電壓的允許下降量約為10%,即約為14V,又已知功率為150W,Vdc=272V,Ipft=3.13×150/272=1.73A,
由公式
可得
另外值得注意的是,Cb電容一定要選擇無極性電容。