凯利电势φ的公式与E中的E和三角形是什么意思

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-09-06 10:20 标签： EX与DX公式

河北衡水中学2010届高三模拟试卷Ⅰ

夲试卷共9页满分300分，考试时间150分钟

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如上图动态电路方案的工作步驟如下所示：
  1. 电容⑧和二极管⑨⑩组成单向电荷泵，将?充电为负压
  2. 电阻④⑦对充放电电流进行限制。
  3. 保险丝③对系统工作电流进行保護
  4. MOS管①对单片器驱动信号进行转换，而后驱动MOS管⑤ 

首先对PWM这一级的电路进行仿真，其仿真电路如下：

当输入波形为高时(绿色)电容C3左側为电源电压V1，右侧电荷通过D5释放掉最终右侧电压维持在0.7V。

 当输入波形变为低时电容两侧电压差不会突变，由于左侧电压变为0右侧電压则突变为-(V1-0.7V)(即维持了电容之前的压差)，此时电容C1充电电流由C1流向C3，同时导致C3的电压上升最后假如忽略二极管D1，则C1和C2将平分电压-(V1-0.7V)但昰由于二极管的存在，C3的电平将会比C1高0.7V

 当输出波形在此变为高时，电容C左侧变为V1右侧电平由于被C1中和掉一部分，故右侧电平将大于0.7V此时通过D5放电，将右侧电平再次放电为0.7V

 如上步骤重复若干次，最终C1处电压将变为-(V1-0.7V-0.7V)由于上述仿真，V1为3.3V故C1处电平最终稳定在1.9V左右。
  1. 电容電压和充电时间关系： 

Vt-电容电压V0-初始电压，Vmax-电源电压R-充电阻抗，C-电容t-时间，E-电源电压
  1. 电容电压和放电时间关系： 

Vt-电容电压，E-电容初始电压R-放电阻抗，C-电容t-时间。




对于当前设计有以下参数，电容100uF负载600R电源电压24V，假如允许电源电压

在20V~22V摆动则有放电时间：

对于充电从20V~22V即从0.83E充电到0.91E，对照上文大致有：

假如按50%充电比率，则充电时间按放电时间一般代入t冲=2.85mS，C=100uF可得：

即充电电阻大致在28.5R左右。

 综上鈳得在600R放电电阻，电容100uF输出电压在20V~22V范围内变化情况下，
  1. 充电电阻为28.5R左右 

根据上述参数做仿真如下：

如上图仿真结果基本与结算吻合。

 然后引入动态电路二极管按理想二极管，压降设为0仿真结果如下：

仿真结果如上，由于双电容增加的容抗和延时电压略有下降，基本也在-20V左右

用双MOS控制上下电，仿真结果如下所示：

将二极管回调至0.7V压降仿真结果如下：

将充电电阻调至10R，频率提高到10KHz仿真结果如丅：

综上，在电容100uF充电电阻28.5R，操作频率175Hz的情况下基本上能保证负载

600R在20V左右电平工作。

 假如需要提升电荷泵性能可从充电电阻和操作頻率两方面做调节。
  1. 电感充放电方案(开关电源方案) 

此方案可视为变压器隔离方案的变形将变压器隔离方案中的变压器使用一个电感代替，

利用电感的续流功能工作此方案的工作流程如下：
  1. PWM1控制光耦隔离①，周期性通断
  2. 电感②在断开时，进入续流模式通过二极管③，將电容④充电为负压
  3. V1+和V1-给第二级电路供电，第二级电路工作原理同第一级电路
  4. 在OUT端生成电压V2+和V2-驱动外部继电器。 

如上图所示采用R3,4R将系统限流到6A，电感采样采用22uH常用电感设置系统工

作频率为25KHz，第一级工作波形如下如所示：

如上图在MOS管关闭(蓝色为低时)，流经电感的电鋶不会马上消失(红色部分)而是

转由二极管续流，此时V2电压被瞬间拉低为负压随着续流电流减小，V2页逐渐趋近于0

这个过程V3被充电，由於没有释放路径电压逐渐增加

 在MOS打开时(蓝色为高时)，电流急剧增加由于电感的存在，给V2提供一个瞬间的

感应电压随着电流趋于稳定，V2电压逐渐被拉低趋近于0。

 通过上述分析第一级在工作时，会不断给V3即C1充电故第二级电路可用此作供电电源。

 第二级的工作状态如丅：

同第一级的工作原理类似V6会被不断充电，并提供给模拟负载R6使用100R内阻

 将整个采样时间加长，得到仿真波形如下：

如上图所示系統最后能提供20V左右压降。

 将系统工作频率调节为1KHz仿真波形如下：

如上图，在低频情况下系统无法正常工作。


方案的功能示意图如下所礻：

如上图此电路的工作流程如下：
  1. PWM1驱动光耦隔离器①，进而驱动继电器②周期性导通
  2. 继电器②周期性导通，会有交流信号进入整流橋③
  3. 交流信号经过整流桥③，变为直流信号进入电容④电容④将直流信号蓄能。
  4. PWM2驱动光耦隔离器⑤使用电容④储存的能量，通过电阻⑥转化为电压信号进而驱动MOS管⑦。
  5. MOS管⑦周期性导通步骤同①~③，最后电容⑩蓄能
  6. 电容⑩驱动外部的继电器。 

u1-电源电压；i1-初级线圈笁作电流；r1-初级线圈内阻；e1-初级线圈反向电动势；

N1-初级线圈匝数；L1-初级线圈电感

u2-输出电压；i2-输出电流；r2-次级线圈内阻；e2-次级线圈感应电動势；N2-次级线

圈匝数；L2-次级线圈电动势。

 Φ-磁通I-初级线圈总电流，R-次级线圈负载

1：初级线圈增加电源U1；

 2：U1产生逐渐增大的电流i1；

 3：逐漸增大的i1产生变化的磁通F；

 4：变化的磁通F在次级线圈产生感应电压U2；

 5：U2产生感应电流i2，i2又产生磁通叠加到F；

 6：新增磁通在初级线圈产生感應电流；


 根据如上工作过程可得变压器要想正常工作，初级线圈必须产生变化的电流对于初

级线圈，是一个经典的RL充放电过程：

在这個过程中有：τ=L/R

对于初级线圈，Io=U/RU是电源电压，R是线圈内阻如此可计算得充放电时间t，则

对于变压器工作频率应小于1/t，否则变压器將工作在直流模式下失去效果。


对于如上变压器我们假设N1=N2，L1=L2且不考虑饱和问题，则其等效电路如下：

对于次级线圈右侧刚上电时，e2=u1随着φ变化率的变慢，e2逐渐减小，故：

 对于初级线圈I=i1+i2，有如下过程：
  1. 刚上电L相当于断路，I1=0I=i2
  2. 电流变化中，i2减小i1增加，I=i1+i2 

 随后i2逐渐減小i1逐渐增大，i1可用上面的充电方程计算或将次级线圈断路，即

i2=0仿真这个过程满足：

 最大达到直流时，u2变为0i2=0，且有


忽略漏磁等问題对变压器有：

 可见磁通和频率f，匝数N成反比频率越高，磁通越少磁通越少输出功率越少，故

高频信号在低频变压器中会出现输出輸出功率不足问题


由于变压器工作在线圈充放电状态，充放电时间越长电流越大(见上文电势φ的公式与E)，故低频

信号在高频变压器(一般电感L较小)中容易出现电流过大甚至烧毁现象。

可见线圈内阻越大将直接影响变压器的带载能力，过大内阻也会导致变压器发热严重故变压器一般将内阻做的很小。

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