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开关电源中磁性元器件 赵修科 “时钟频率”是控制IC芯片产生的时钟脉冲频率。通常，开关频率与时钟频率相同，但不总是 这样。偶尔，控制IC芯片经分频获得低的开关频率。特别将推挽IC控制芯片用于单端正激变换器， 仅用两个开关驱动中的一个，保证最大占空度不超过50 ％。在这种情况下，开关频率是时钟频率的 一半 通常发生混淆是推挽类拓扑。推挽类（推挽，半桥和全桥）功率电路每个功率开关以1/2时钟频 率驱动，电路的开关频率就是时钟频率。变压器和单个功率开关和单个整流器都以“变压器频率 f T ” 工作,它是开关频率的一半。电路输出滤波工作在开关频率。 7.1.7 占空度 占空度D定义为功率开关导通时间Ton与开关周期T的比：D=Ton/T 。 在单端正激变换器中，这很容易明白。但在双端双路交错正激和推挽类变换器中，时常发生混 乱。例如，双端双路交错正激变换器中，对于每一路，在输入电压最低Uimin 时最大占空度约为0.45， 每路变压器在45 ％时间内传输功率，传输总功率的一半。而对输出滤波电感占空度则为0.9 。在半桥 电路工作于最低电压时，占空度接近90 ％（D=0.9 ）。变压器在90 ％的时间传输功率，90 ％时间电压 脉冲加在输入滤波器上等等。但对于单个功率开关和单个整流器，总是交替导通，占空度仅45 ％。 输出滤波器可以看成D=0.5Ton/0.5T=Ton/T 。在整个电源设计中，应保持D 的定义一致。 正激或推挽类变换器稳态时，当输入电压变化时，反馈控制电路根据输入电压的变化反比改变 占空度D ，以维持输出电压的稳定U = U ’D 。U ’≈U/n －滤波器输入电压，等于变压器次级电压减去 o 2 2 i 整流二极管压降。因此 U D nU U T i o （7-1 ） i on f s f s 式中 f S=1/T－开关频率。当输出电压恒定时，稳态情况下变压器线圈上的伏秒为常数，与电网电压 和负载电流无关。当输入电压最低（Uimin ）时，占空度最大，还要考虑到以下对最大占空度的限制： ①根据输出电压调节范围，在输入电压最低时应保证输出最高电压。即最大占空度。在最高输 入电压、轻载时最小占空度。 ②正激变换器的变压器，在每个开关周期中导通磁化后必须使磁芯复位。如果复位反向电压被 U 箝位，同时复位线圈与初级线圈匝数相等，必须限制最大占空度小于50 ％，因为复位所需 i 时间等于导通时间，同时还应当加上功率开关的关断延迟时间。在推挽类变换器中（桥式， 半桥，推挽）占空度接近100％。在互补开关转换时关断延迟使得开通与关断晶体管共导通， 必须设置死区。占空度应小于1。 ③实际电路中，存在整流二极管压降，初级和次级线圈电阻，滤波电感电阻以及功率开关压降， 也影响极限占空度Dlim 选择。 ④如果在低输入电压U 正好达到最大占空度极限值D ，当出现突加负载时，调节器没有备份的 i lim 伏秒能力，不能响应负载的突变，造成电压较大的跌落。因此希望Dmax Dlim 。 ⑤在电源启动或突加负载时，瞬时造成输出电压跌落。反馈电路将占空度推向Dlim 。由于输出滤 波电感限制了输出电流的上升率，以致于在好几个开关周期工作在极限Dlim 。如果输入又是最 高电压U ，变压器伏秒比正常大几倍，即磁通变化量比额定变化量大几倍，可能使磁芯饱 imax 和。增加磁芯损耗不是个问题－因为瞬时工作。如果限制最大伏秒与稳态时伏秒相近，且因 工作磁通密度受损耗限制远小于饱和磁通密度B (对于正激是B -B ) ，这不成问题。例如限制的