開關電源教程(39):漏感與分布電容的影響分析

2-1-1-19．漏感與分布電容對輸出波形的影響

開關電源變壓器一般可以等效成圖2-43所示電路。在圖2-43中，Ls為漏感，也可稱為分布電感，Cs為分布電容， 為勵磁電感，R為等效負載電阻。其中分布電容Cs還應該包括次級線圈等效到初級線圈一側的分布電容，即次級線圈的分布電容也可以等效到初級線圈回路中。

圖2－43 開關電源變壓器等效電路

設次級線圈的分布電容為C2，等效到初級線圈后的分布電容為C1，則有下面關系式：

上式中， Wc2為次級線圈分布電容C2存儲的能量， Wc1為C2等效到初級線圈后的分布電容C1存儲的能量；U1、U2分別為初、次級線圈的電壓，U2 = nU1，n = N2/N1為變壓比，N1 、N2分別為初、次級線圈的匝數(shù)。由此可以求得C1為：

C1 = n2C2 （2-121）

（2-120）式不但可以用于對初、次級線圈分布電容等效電路的換算，同樣可以用于對初、次級線圈電路中其它電容等效電路的換算。所以，C2亦可以是次級線圈電路中的任意電容，C1為C2等效到初級線圈電路中的電容。

由此可以求得圖2-43中，變壓器的總分布電容Cs為：

Cs = Cs1 + C1 = Cs1 +n2C2 （2-122）

(2-122)式中，Cs為變壓器的總分布電容，Cs1為變壓器初級線圈的分布電容；C1為次級線圈電路中總電容C2（包括分布電容與電路中的電容）等效到初級線圈電路中的電容；n = N2/N1為變壓比。

圖2-43開關變壓器的等效電路與一般變壓器的等效電路，雖然看起來基本沒有區(qū)別，但開關變壓器的等效電路一般是不能用穩(wěn)態(tài)電路進行分析的；即：圖2-43中的等效負載電阻不是一個固定參數(shù)，它會隨著開關電源的工作狀態(tài)不斷改變。例如，在反激式開關電源中，當開關管導通時，開關變壓器是沒有功率輸出的，即負載電阻R等于無限大；而對于正激式開關電源，當開關管導通時，開關變壓器是有功率輸出的，即負載電阻R既不等于無限大，也不等于0 。因此，分布電感與分布電容對正激式開關電源和反激式開關電源工作的影響是不一樣的。

圖2-44和圖2-45分別是開關電源變壓器與電源開關管連接時的工作原理圖和各點工作電壓的波形圖。在圖2-44中，當開關管Q1導通時，無論是對正激式開關電源或反激式開關電源，分布電感Ls都會對流過開關管Q1的電流Id起到限制作用，即降低Id的電流上升率，這對保護開關管是有好處的；因為，開關管剛導通的時候，電流在管芯內(nèi)部是以擴散的形式由一個點向整個面擴散的，如果電流上升率太大，很容易使開關管因局部面積電流密度過大造成損傷。

分布電感Ls和分布電容Cs可以看成是一個串聯(lián)振蕩回路，當開關管Q1開始導通的時候，輸入脈沖電壓的上升率大于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路開始吸收能量，輸入電壓對Ls和Cs進行充電，此時，振蕩回路會抑制輸入電流上升率的增長；當開關管Q1完全導通以后，脈沖進入平頂階段，相當于輸入脈沖電壓的上升率為0，此時，輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路開始釋放能量，振蕩回路產(chǎn)生阻尼振蕩。

當開關管Q1導通過后，開關管開始關斷，相當于輸入脈沖電壓的上升率為負，脈沖進入反沖階段，此時，輸入脈沖電壓的上升率小于串聯(lián)振蕩回路自由振蕩電壓的上升率，因此，振蕩回路又開始再次釋放能量，振蕩回路再次產(chǎn)生阻尼振蕩。