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(勘误帖)对称半桥开关电源的自激启动

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发表于 2021-10-15 11:42:06 | 显示全部楼层 |阅读模式

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     对于由类TL494组成的对称半桥开关电源,其启动也是一个重要部分,网上也有各种版本的分析,下面出个数码之家版本的,之前一贴(KA7500B构成的"明纬"开关电源S-120-12原理及电路分析(有误待勘) https://www.mydigit.cn/thread-277428-1-1.html
也没有说清楚,虽然@qrut大婶补了一刀,也是三言讲精髓,不便初学者理解,原帖不能编辑了,另起一帖详细分析下, 望各路大婶多提宝贵意见:tongue:
     为方便分析,先上个等效电路图
001 半桥启动等效图.PNG

一、理论分析
电路说明:T2为激励变压器,只画出了副边绕组;T1为输出变压器,只画了原边绕组。
半桥电路电路中的隔直电容C7,有的电路中是没有的。本电路中没有C7也可以正常启动。C7的作用是消除半桥电路中可能在高频变压器中出现的直流偏磁。但是,C7取值过小,对电路的正常运行还是有影响的。
两个概念:一是电感两端的电流不能突变,二是电容两端的电压不能突变。
本电路的对称半桥电路,上桥由R4、R7、R6组成Q1的b级直流偏压;下半桥由R8、R11、R10组成Q2的直流偏压。上电后,随着整流滤波后的电压上升,由于元件参数的差异及外在因素影响,总有一组直流偏压先到达启动条件,使开关管Q1或Q2进入弱导通状态,这是不稳定的起点。这时也存在有Q1与Q2同时导通的瞬间,但,由于时间极短,电流很小,不足以击穿开关管。其实,在两个开关管轮流导通与截止的轮换时,都会有个同时导通的微小瞬间,所以,在TL494接管电路工作之前的自激状态,开关变压器会叫、开关管会发热。而TL494接管后,由于“死区”的存在,世界就会变安静。
进入正题:
002 半桥自激启动分析.png
分析时,以上半周电流方向为参考正,就是设定Q1导通时电流方向为正,此时自感电压和互感电压也为正。

分五个时间段进行分析,前沿(上冲)、平顶(峰顶)、后沿(下降)、平底(谷底)。以Q1先导通为例,不考虑C7的存在。电路启动后,不在考虑启动电阻R4和R8的存在。
0、微弱的电流流向是:+B→A→C→N3⑨⑦→T1→C6→“地”。这时在线圈N3上(电感两端的电流不能突变)将产生(抵抗电流增大的)自感电压,同名端为“+”, 线圈N1和线圈N2上产生互感电压,同名端为“+”。N1的电压,通过C8(电容两端的电压不能突变,上电的时刻其电压为“0”,相当于短路,N1的互感电压直接加到Q1的BE结上)加速Q1导通,使其迅速进行饱和状态;N2的电压通过C9加速Q2截止。电路中C点的电位上升到+B。这是一个极短的瞬间完成的,形成一个脉冲的上升沿。
1、当Q1进入饱和状态、Q2进入截止状态后。由于T1、T2的存在,回路中的电流几乎将以线性增加。此过程中,N3自感电压不变(由Ul=L*(di/dt)可知,电压极性不变,大小几乎不变)。互感N1、N2的电压也不变。N1的电压对C8进行充电,电压与电容极性一致,是正极性电压;N2的电压对C9进行反极性充电。电路中C点的电位保持在+B。这是一个电流i_N3线性增加的过程。
2、随着i_N3的增加,当T2的N3磁饱和时,i_N3将脱离线性方式,急剧增加到一个极大点而不再增加(说明ⅰ),这时,回路电流消失。N3中没有电流,N3自感电压消失,N1、N2的互感也消失。C8、C9停止充电。下一时刻进入换路,N3释放磁能,产生一个与原极性相反的电动势(也可理解为说明ⅲ),图中,同名端为“-”。N1和N2上产生互感电压,同名端为“-”。N1的电压,通过C8(相当于一个电压源)加速Q1截止,使其迅速进行饱和状态;N2的电压通过C9加速Q2导通。回路电流方向为:+B→C5→T1→N3⑦⑨→C→B→“地”。电路中C点的电位下降到“地”。这是一个极短的瞬间完成的,形成一个脉冲的下降沿。
说明:ⅰ、有芯电感磁饱和后电感值随着电流的增加而下降,趋于一个定值,这将导致其电流剧烈增加,也趋于一个定值。ⅱ、回路中,如果是T1先饱和,电流的剧增也会导致N3饱和。ⅲ、N3的电流突然变为“0”后,根据换路时刻电感两端的电流不能突变,其会产生一个与原电动势相反的电动势,以继续延续原来的电流。ⅳ电路的换路是由电感的感应电动势的交变产生的,其实就是流过电感的电流决定的。本电路中是流过N3的电流变化引起的,可以是N3的磁饱和、也可以是C7的充电终了。
3、当Q1进入截止状态、Q2进入饱和状态后。回路中的电流又几乎将以(反向)线性增加。此过程中,N3自感电压不变。互感N1、N2的电压也不变。N2的电压对C9进行充电,电压与电容极性一致,是正极性电压;N1的电压C8对进行反极性充电。电路中C点的电位保持在“地”。这是一个电流i_N3增大的过程。
4、随着i_N3增大,N3又一次磁饱和,回路电流消失。N3中没有电流,N3自感电压消失,N1、N2的互感也消失。C8、C9停止充电。下一时刻进行换路,N3产生一个与原极性相反的电动势,同名端为“+”。N1和N2上产生互感电压,同名端为“+”。N1的电压,通过C8加速Q1导通,使其迅速进行饱和状态;N2的电压通过C9加速Q2截止。回路电流方向为:+B→A→C→N3⑨⑦→T1→C6→“地”。电路中C点的电位上升到+B。这是一个极短的瞬间完成的,形成一个脉冲的上升沿。

此后依次为1→2→3→4→1→2→……

各时刻归纳如下:
各时刻.png

二、仿真情况
由于各种原因,没有在实际电路上进行测试,先用仿真看一下
电路
100 FZ半桥启动仿真图.PNG
各测试点
各测试点.png
下面是各点的波形图,以回路中的电流为参考正,不考虑C7的存在。
1、线圈N3的自感电压,电流线性增加,自感电压不变
101 电流与N3自感电压.png
2、线圈N1的互感电压,与自感电压一致
102 电流与N1互感电压.png
3、上开关管Q1的b极电压,导通后,被钳位在0.6V左右
103 电流与Q1的b极电压.png
4、电容C8两端的电压
104 电流与C8电压.png
5、上开关管Q1的ce间电压,导通后,电压为“0”,截止时,电压为+B,因为此时Q2导通了。
105 电流与Q1的CE电压.png
6、中间点到地的电压,就是下开关管Q2的ce间电压
106 电流与C点到地的电压.png

与分析相吻合,下面是各点参考电流的波形
100 电流与各点电压ok.png
仿真是一种理想的状态,只能作为理论依据,实际电路有各种因素影响,会与仿真有差别。

给自己挖个坑,以后填吧:titter:
祝各位坛友们周末快乐!!


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qrut + 6 熱心會員
jf201006 + 6 但愿能在帖子编辑有效期内完成电路的测量。.

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jf201006 + 6 精彩回帖 是的,这是仿真,元件是理想模型.

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jf201006 + 20 歡迎探討 这个电路我有点头大了,回头测量.

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 楼主| 发表于 2021-11-6 20:18:31 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
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