推挽直直變換器與橋式直直變換器課件

推挽直直變換器

與橋式直直變換器主講人：楊艷2010.11.25南京郵電大學(xué)推挽直直變換器

與橋式直直變換器南京郵電大學(xué)Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大學(xué)全橋式直直變換器3Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大****推挽式DC-DC變換器（PUSH-PULL）推挽式DC-DC變換器主電路南京郵電大學(xué)****推挽式DC-DC變換器（PUSH-PULL）推挽式D推挽式（PUSH-PULL）DC-DC變換器由推挽逆變器和輸出整流濾波電路構(gòu)成，因此推挽DC-DC變換器是屬于DC-AC-DC變換器。變壓器兩個(gè)原邊繞組匝數(shù)相等為W11=W12=W1,副邊繞組匝數(shù)為W2。1)推挽逆變器Q1和Q2180o互補(bǔ)導(dǎo)通工作180o互補(bǔ)導(dǎo)通工作時(shí)的波形。當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Vin加在W11上，當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Vin加在W12上，因此繞組W2中的電勢(shì)為一個(gè)寬度為180o的交變方波，幅值為。Q1關(guān)斷時(shí)，它的集電極和發(fā)射極之間電壓為同理，Q2關(guān)斷時(shí)，它的集電極和發(fā)射極之間電壓為南京郵電大學(xué)推挽式DC-DC變換器（PUSH-PULL）推挽式（PUSH-PULL）DC-DC變換器由推挽逆變器和輸推挽式逆變器主電路南京郵電大學(xué)***推挽式逆變器主電路南京郵電大學(xué)***推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形南京郵電大學(xué)推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形南京郵電大學(xué)南京郵電大學(xué)推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形南京郵電大學(xué)推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感負(fù)載時(shí)，若電感量為L(zhǎng)，則電感電流iL波形為三角波，電流以VO/L斜率上升，也以VO/L斜率下降。電流最大值為，fs為逆變器開關(guān)頻率。（）期間，Q1導(dǎo)通，輸出電壓VO為正，iL為正，電源能量向負(fù)載傳送；（）期間，iL為正，VO變負(fù)，負(fù)載向電源回饋能量，此時(shí)D2續(xù)流；（）期間，Q2導(dǎo)通，iL變負(fù)，VO為負(fù)，電源能量向負(fù)載傳送；（）期間，iL為負(fù)，VO為正，負(fù)載向電源回饋能量，此時(shí)D1續(xù)流。顯然，純電阻負(fù)載時(shí)只有開關(guān)管中有電流流過(guò)，感性負(fù)載時(shí)開關(guān)管和二極管中都有電流流過(guò)。南京郵電大學(xué)輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感Q1和Q2

導(dǎo)通小于180o工作如果Q1和Q2導(dǎo)通時(shí)間減少，則輸出電壓為寬度小于180o的方波，若輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感負(fù)載時(shí)，若電感量為L(zhǎng)，則電感電流iL波形為三角波，Q1導(dǎo)通，電流上升；Q1關(guān)斷，電感電流iL經(jīng)D2續(xù)流，電流以斜率下降。D2續(xù)流，使Vin加在W12上，在W2繞組上，電壓極性反向，如圖中陰影部分所示。如果Q1和Q2

導(dǎo)通時(shí)間分別大于T/4，則在感性負(fù)載時(shí)，輸出電壓VO為180o的交變方波，不再受Q1和Q2

導(dǎo)通時(shí)間的影響。南京郵電大學(xué)Q1和Q2導(dǎo)通小于180o工作南京郵電大學(xué)****推挽式DC-DC變換器主電路南京郵電大學(xué)****推挽式DC-DC變換器主電路南京郵電大學(xué)推挽DC-DC變換器推挽式DC-DC變換器的主電路中，整流二極管DR1和DR2的左側(cè)是逆變電路，右側(cè)是整流、濾波電路。輸出整流電路有三種基本類型：全波整流電路、全橋整流電路和倍流整流電路。全波整流電路適用于輸出電壓較低的場(chǎng)合，可以減小整流電路中的通態(tài)損耗，全橋整流電路適用于輸出電壓較高的場(chǎng)合，可以降低整流管的電壓額定值。圖中為全波整流電路，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容。推挽直流變換器可看成是兩個(gè)Forword變換器的組合，這兩個(gè)Forword變換器的開關(guān)管輪流導(dǎo)通，故變壓器鐵芯是交變磁化的。全波整流電路變壓器副邊有兩個(gè)繞組，他們的匝數(shù)相等，圖中還接有續(xù)流管DFW，但也可不接。

南京郵電大學(xué)推挽DC-DC變換器南京郵電大學(xué)下圖是推挽直流變換器的主要波形。在Q1或Q2導(dǎo)通期間，變壓器副邊繞組中感應(yīng)電勢(shì)為vw2，電壓脈沖寬度決定于Q1或Q2的導(dǎo)通時(shí)間ton，幅值為，為一交流電。該電壓經(jīng)整流管整成一個(gè)直流方波電壓。濾波電感電流在電流連續(xù)時(shí)為三角波，圖中給出了流過(guò)DR1、DR2和DFW的電流波形。設(shè)Q1或Q2的導(dǎo)通時(shí)間為ton，則電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：可以看出，若輸入是恒定的沒(méi)有紋波，則輸出同樣也是恒定的沒(méi)有紋波。對(duì)于多路輸出的開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是特別重要的。這也是為什么把降低輸出電壓紋波的重點(diǎn)和精力都放在降低輸入電壓紋波的原因所在。南京郵電大學(xué)下圖是推挽直流變換器的主要波形。在Q1或Q2導(dǎo)通期間，變壓器南京郵電大學(xué)推挽變換器各點(diǎn)主要波形(a)無(wú)續(xù)流二極管(b)有續(xù)流二極管南京郵電大學(xué)推挽變換器各點(diǎn)主要波形(a)無(wú)續(xù)流二極管(b)開關(guān)管Q1和Q2上的電壓：整流管DR1和DR2上電壓為續(xù)流二極管DFW上的電壓為：電感電流的平均值就是負(fù)載電流。由于Q1和Q2輪流導(dǎo)通，故的脈動(dòng)頻率為開關(guān)頻率的二倍，通過(guò)DR1、DR2和DFW的電流的最大值為：

南京郵電大學(xué)14開關(guān)管Q1和Q2上的電壓：南京郵電大學(xué)14

因iDR1和iDR2就是流過(guò)變壓器副邊繞組的電流，若不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流，則變壓器原邊繞組電流的最大值為：流過(guò)變壓器原邊的電流最大值也就是流過(guò)開關(guān)管電流的最大值。開關(guān)管的反并二極管不流過(guò)負(fù)載電流，僅流過(guò)鐵芯磁復(fù)位時(shí)的磁化電流。如果斷開續(xù)流管DFW,該變壓器的主要波形如圖5-25a所示。當(dāng)Q1和Q2關(guān)斷時(shí)，本應(yīng)流過(guò)DFW的電流現(xiàn)在改為通過(guò)DR1、DR2，兩者電流大小相同，這樣變壓器副邊繞組的合成磁勢(shì)才為零。南京郵電大學(xué)南京郵電大學(xué)Q1和Q2的交替開關(guān)，使變壓器鐵芯交替磁化與去磁，完成電能從原邊到副邊的傳遞。由于電路不可能完全對(duì)稱，例如Q1和Q2導(dǎo)通時(shí)的通態(tài)壓降可能不同，或兩管的開通時(shí)間可能不同，會(huì)在變壓器原邊的高頻交流電壓上疊加一個(gè)數(shù)值較小的直流電壓，這就是所謂的直流偏磁。由于原邊繞組電阻很小，即使是一個(gè)較小的直流偏磁電壓，如果作用時(shí)間太長(zhǎng)，也會(huì)使變壓器鐵芯單方向飽和，引起大的磁化電流，導(dǎo)致器件損壞。推挽式變換器存在著以下方面缺點(diǎn)：①容易發(fā)生偏磁，②功率開關(guān)的耐壓至少是輸入電壓的二倍，考慮最壞情況下的安全設(shè)計(jì)，例如輸入電壓波動(dòng)±10%；由于變壓器漏感影響在截止瞬間產(chǎn)生的電壓尖刺一般限制在輸入電壓的±20%；實(shí)際應(yīng)用中電壓額定值留取20%的余量；則功率開關(guān)的耐壓至少為倍，在直接使用交流電網(wǎng)供電的情況下（220/380V交流，對(duì)應(yīng)直流310/530V左右）幾乎很難找到合適的功率管。因而實(shí)際應(yīng)用較少，只用在輸入電壓較低的場(chǎng)合。南京郵電大學(xué)Q1和Q2的交替開關(guān)，使變壓器鐵芯交替磁化與去磁，完成電能從Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大學(xué)全橋式直直變換器317Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大輸出為全波整流電路的半橋直流變換器的主電路南京郵電大學(xué)半橋式DC-DC變換器輸出為全波整流電路的半橋直流變換器的主電路南京郵電大學(xué)半橋式半橋式DC-DC變換器原理及設(shè)計(jì)

推挽直流變換器開關(guān)管承受反向電壓至少是電源電壓的兩倍，因而大多用于電源電壓較低的場(chǎng)合。半橋變換器開關(guān)管承受的反向電壓為電源電壓，故可在電源電壓較高的場(chǎng)合應(yīng)用。半橋變壓器是由半橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流濾波電路組成，因而也屬于直流-交流-直流變換器。南京郵電大學(xué)半橋式DC-DC變換器原理及設(shè)計(jì)南京郵電大學(xué)輸出為全波整流電路的半橋直流變換器主電路各點(diǎn)主要波形南京郵電大學(xué)輸出為全波整流電路的半橋直流變換器主電路各點(diǎn)主要波形南京郵電工作原理由兩個(gè)相等的電容C1和C2構(gòu)成一個(gè)橋臂，開關(guān)管Q1、Q2（均含有反并聯(lián)二極管）構(gòu)成另一個(gè)橋臂，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)A、B接高頻變壓器，由于電容C1和C2較大，其中點(diǎn)B的電位保持不變，且等于Vin/2。從另一個(gè)角度看，它實(shí)際上是兩個(gè)正激變換器的組合，每個(gè)正激變換器輸入電壓為Vin/2，輸出電壓為Vo。變壓器原邊繞組匝數(shù)為W1，兩個(gè)副邊繞組匝數(shù)相等，即W21=W22=W2，圖中Llk是變壓器的漏感。南京郵電大學(xué)工作原理南京郵電大學(xué)不考變壓器慮漏感當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊繞組上電壓為，繞組感應(yīng)電勢(shì)“*”端為“正”極性，故DR1導(dǎo)通，DR2反偏截止，輸出濾波電感電流iLf增長(zhǎng)。在t=Ton時(shí)，Q1關(guān)斷，由于電感電流不能斷續(xù)，iLf繼續(xù)按原方向流動(dòng)，故副邊繞組is和原邊繞組中的電流ip也仍按原方向流動(dòng)，D2續(xù)流，因此極性反轉(zhuǎn)，DR2導(dǎo)通。由于兩個(gè)輸出整流二極管同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓箝位為零，由變壓器原理可知，變壓器原邊電壓為零，這時(shí)ip=0，這時(shí)is1=is2=is/2，由于這時(shí)變壓器原邊繞阻W1中電流為零，因此D2續(xù)流停止。實(shí)際上當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)負(fù)壓的時(shí)間很短，因此在圖中沒(méi)有畫出。在死區(qū)時(shí)間[Ton，Ts/2]內(nèi)，電感電流下降，在Ts/2時(shí)刻，Q2導(dǎo)通，，變壓器繞阻電勢(shì)“非*”為正，ip從零反向增長(zhǎng)到，二極管DR1截止，，，在[Ts/2，Ts]區(qū)間，與上類似。南京郵電大學(xué)不考變壓器慮漏感南京郵電大學(xué)電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓：Q1

、Q2承受的反向電壓為輸入電源電壓；整流二極管承受的反向電壓為；電感電流的平均值為負(fù)載電流Io，通過(guò)輸出整流二極管的最大電流為，為電感電流脈動(dòng)量：流過(guò)功率開關(guān)管的最大電流：南京郵電大學(xué)電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓：南京郵電大學(xué)考慮變壓器漏感在實(shí)際應(yīng)用中，變壓器總是存在漏感，由于漏感的存在，變換器的工作原理與不考慮漏感時(shí)有所不同。圖b給出了半橋變換器考慮變壓器漏感時(shí)的主要波形。Q1關(guān)斷，變壓器原邊電流不能斷續(xù)，D2由續(xù)流，此時(shí)，輸出整流二極管DR2導(dǎo)通，這時(shí)輸出整流二極管DR1還在導(dǎo)通。由于兩個(gè)輸出整流二極管同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器原邊電壓箝位為零，因此就全部加在變壓器漏感上，這個(gè)電壓使變壓器原邊電流線性下降，在t1時(shí)刻ip下降到零，此時(shí)D2關(guān)斷，Vab=0。[Ton，t1]區(qū)間的電壓方波（圖中用陰影表示）是變壓器原邊電流減小到零所必需的，一般稱為復(fù)位電壓,同樣Q2關(guān)斷時(shí)也會(huì)出現(xiàn)復(fù)位電壓。南京郵電大學(xué)考慮變壓器漏感南京郵電大學(xué)Q2導(dǎo)通，，此時(shí)變壓器原邊電流從零開始反向線性上升，由于變壓器漏感限制了它的上升率，在t2時(shí)刻之前，輸出整流二極管DR1還沒(méi)有恢復(fù)其阻斷能力，兩個(gè)輸出整流二極管同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓箝位為零，同時(shí)也把變壓器原邊電壓箝位為零，因此就全部加在變壓器漏感上，這個(gè)電壓使變壓器原邊電流線性增加，在t2時(shí)刻輸出整流二極管DR1關(guān)斷，變壓器原邊電流線性增加，箝位結(jié)束。雖然在[Ton/2，t2]這一區(qū)間，但變壓器副邊電壓為零，也就是說(shuō)，變壓器副邊丟失了[Ton/2，t2]時(shí)段的電壓方波，這部分時(shí)間與的比值即占空比丟失。南京郵電大學(xué)Q2導(dǎo)通，，此時(shí)變壓器原邊電流從零開始反向線性上通過(guò)上述分析，可以看出，漏感帶來(lái)復(fù)位電壓和占空比丟失兩個(gè)問(wèn)題。要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)要對(duì)最大占空比進(jìn)行限制，留出復(fù)位時(shí)間；占空比丟失使有效占空比減小，為了得到所要求的輸出電壓，必須減小變壓器的原副邊匝比，但匝比減小會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題，其一是原邊開關(guān)電流峰值增加，通態(tài)損耗增加；其二是輸出整流二極管的耐壓值要增加。為了減小復(fù)位電壓時(shí)間和占空比丟失，應(yīng)盡量減小漏感。南京郵電大學(xué)通過(guò)上述分析，可以看出，漏感帶來(lái)復(fù)位電壓和占空比丟失兩個(gè)問(wèn)題3）電容選取電容器的值可以從已知的初級(jí)電流和工作頻率來(lái)計(jì)算。若總輸出功率為PO（包括變壓器損耗），工作頻率為f，占空比，半周期為Ts/2，則初級(jí)平均電流為當(dāng)Q1導(dǎo)通，初級(jí)電流流入B點(diǎn)，當(dāng)Q2導(dǎo)通，則從B點(diǎn)取出電流，在半個(gè)周期內(nèi)由電容C1、C2補(bǔ)充電荷損失。在半個(gè)周期內(nèi)電容上的電壓變化為：在實(shí)際應(yīng)用中，C1=C2=C，則上式可寫為：南京郵電大學(xué)3）電容選取南京郵電大學(xué)電容上直流電壓變化率與輸出整流電壓變化率是相同的，因此輸出紋波系數(shù)為：為了滿足輸出紋波要求，C則為：實(shí)際應(yīng)用中，一般將濾波電容和分壓電容分別設(shè)置，濾波電容取幾百到幾千微法的電解電容，分壓電容常取幾個(gè)微法的無(wú)極性電容。南京郵電大學(xué)電容上直流電壓變化率與輸出整流電壓變化率是相同的，因此輸出紋4)半橋電路抗不平衡能力分析半橋電路具有較強(qiáng)的抗偏磁能力，即在主電路不平衡條件下仍能維持高頻變壓器磁通對(duì)稱。在分析這個(gè)結(jié)論之前，作下述假設(shè)：只研究導(dǎo)通和截止的穩(wěn)態(tài)過(guò)程而不考慮開通和關(guān)斷的瞬態(tài)過(guò)程；輸入直流電壓恒定；功率開關(guān)用理想開關(guān)和串聯(lián)等效電阻R1、R2表示，電阻R1、R2表示功率開關(guān)管飽和壓降不同；高頻變壓器用低頻等效電路表示，忽略漏感和勵(lì)磁電感，變壓器直流等效電組用R0表示，變壓器二次側(cè)負(fù)載折合到一次側(cè)用RL’表示，；通過(guò)上述假設(shè)，半橋式變換器原理圖可等效為圖(a)。當(dāng)開關(guān)Q1閉合，Q2斷開時(shí)，C2充電，C1放電，充放電電流分別用藍(lán)色和紅色箭頭表示，如圖(b)所示。當(dāng)開關(guān)Q1斷開，Q2閉合時(shí)，C1充電，C2放電，充放電電流分別用藍(lán)色和紅色箭頭表示，如圖(c)所示。南京郵電大學(xué)4)半橋電路抗不平衡能力分析南京郵電大學(xué)半橋式變換器原理圖等效電路南京郵電大學(xué)（a）（b）（c）半橋式變換器原理圖等效電路南京郵電大學(xué)（a）（b）（c）當(dāng)Q1閉合，Q2斷開時(shí)，設(shè)C1、C2的初始電壓為U1(0)和U2(0)，由回路電流法寫出回路復(fù)變量電壓方程：解上式并拉氏反變換得：高頻變壓器電壓為:南京郵電大學(xué)當(dāng)Q1閉合，Q2斷開時(shí)，設(shè)C1、C2的初始電壓為U1(0)和當(dāng)Q2閉合，Q1斷開時(shí)，設(shè)C1、C2的初始電壓為U1’(0)和U2’(0)，充放電電流分別用i’1和i’2表示由回路電流法寫出回路復(fù)變量電壓方程：解上式并拉氏反變換得：高頻變壓器uAB電壓為:南京郵電大學(xué)當(dāng)Q2閉合，Q1斷開時(shí)，設(shè)C1、C2的初始電壓為U1’(0)在穩(wěn)定工作時(shí)，開關(guān)Q1、Q2交替導(dǎo)通，設(shè)Q1閉合，Q2斷開時(shí)點(diǎn)電位B電位由上升到，并在Q1斷開時(shí)間里保持不變；當(dāng)開關(guān)Q1斷開，Q2閉合時(shí)點(diǎn)電位由下降，并在Q2斷開時(shí)間里保持不變，顯然初始條件有：解得

南京郵電大學(xué)在穩(wěn)定工作時(shí)，開關(guān)Q1、Q2交替導(dǎo)通，設(shè)Q1閉合，Q2斷開時(shí)分別代入高頻變壓器uAB電壓分別計(jì)算在開關(guān)Q1、Q2交替導(dǎo)通時(shí)加在變壓器的伏秒積：

南京郵電大學(xué)分別代入高頻變壓器uAB電壓南京郵電大學(xué)Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大學(xué)全橋式直直變換器335Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大全橋DC-DC變換器原理全橋變換器原理圖及波形如圖所示。全橋變換器中4個(gè)功率管只承受電源電壓，與推挽變換器相比，多用了2個(gè)功率管。南京郵電大學(xué)全橋DC-DC變換器原理南京郵電大學(xué)全橋變換器原理圖及波形南京郵電大學(xué)全橋變換器原理圖及波形南京郵電大學(xué)從圖可以看出，全橋變換器功率管的開關(guān)過(guò)程：SW1、SW2（或SW3、SW4）同時(shí)開關(guān)，這兩對(duì)管子互補(bǔ)導(dǎo)通。為了防止直通現(xiàn)象，設(shè)置有一死區(qū)，死區(qū)期間4個(gè)管子都不導(dǎo)通。輸出電壓：全橋變換器充分利用了變壓器傳遞能量的能力，是大功率DC-DC變換器的理想電路。全橋變換器也有明顯的缺點(diǎn)，如直通問(wèn)題；偏磁問(wèn)題等從圖可以看出，全橋變換器功率管的開關(guān)過(guò)程：SW1、SW2（或所謂偏磁問(wèn)題是指變壓器磁芯的工作磁滯回線中心點(diǎn)偏離了坐標(biāo)遠(yuǎn)點(diǎn)，變壓器正反向脈沖過(guò)程中磁通不對(duì)稱現(xiàn)象。造成偏磁的原因主要有功率管的飽和導(dǎo)通壓降不一致、導(dǎo)通時(shí)間（功率管從關(guān)斷到導(dǎo)通的時(shí)間）和關(guān)斷時(shí)間不一致以及加在變壓器上的正負(fù)脈沖電壓寬度不一致等原因所造成的。偏磁在全橋變換器中是必然現(xiàn)象。偏磁發(fā)生時(shí)，可通過(guò)電流母線來(lái)觀察，可以發(fā)現(xiàn)流過(guò)母線的相鄰電流脈沖信號(hào)幅度不相等。也就是說(shuō)流過(guò)、和、的電流不相等。在電路設(shè)計(jì)中，一般都假定流過(guò)、和、的電流相等，兩組功率管分擔(dān)了輸出能量，如果偏磁嚴(yán)重就會(huì)造成功率管的損壞。全橋變換器必須有抗偏磁電路，否則全橋變換器幾乎無(wú)法可靠工作。實(shí)際應(yīng)用中，常使用變壓器原邊串聯(lián)電容的方法或使用電流型PWM控制器來(lái)減弱偏磁危害。南京郵電大學(xué)所謂偏磁問(wèn)題是指變壓器磁芯的工作磁滯回線中心點(diǎn)偏離了坐標(biāo)遠(yuǎn)點(diǎn)推挽直直變換器

與橋式直直變換器主講人：楊艷2010.11.25南京郵電大學(xué)推挽直直變換器

與橋式直直變換器南京郵電大學(xué)Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大學(xué)全橋式直直變換器3Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大****推挽式DC-DC變換器（PUSH-PULL）推挽式DC-DC變換器主電路南京郵電大學(xué)****推挽式DC-DC變換器（PUSH-PULL）推挽式D推挽式（PUSH-PULL）DC-DC變換器由推挽逆變器和輸出整流濾波電路構(gòu)成，因此推挽DC-DC變換器是屬于DC-AC-DC變換器。變壓器兩個(gè)原邊繞組匝數(shù)相等為W11=W12=W1,副邊繞組匝數(shù)為W2。1)推挽逆變器Q1和Q2180o互補(bǔ)導(dǎo)通工作180o互補(bǔ)導(dǎo)通工作時(shí)的波形。當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Vin加在W11上，當(dāng)Q2導(dǎo)通時(shí)，電源電壓Vin加在W12上，因此繞組W2中的電勢(shì)為一個(gè)寬度為180o的交變方波，幅值為。Q1關(guān)斷時(shí)，它的集電極和發(fā)射極之間電壓為同理，Q2關(guān)斷時(shí)，它的集電極和發(fā)射極之間電壓為南京郵電大學(xué)推挽式DC-DC變換器（PUSH-PULL）推挽式（PUSH-PULL）DC-DC變換器由推挽逆變器和輸推挽式逆變器主電路南京郵電大學(xué)***推挽式逆變器主電路南京郵電大學(xué)***推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形南京郵電大學(xué)推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形南京郵電大學(xué)南京郵電大學(xué)推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形南京郵電大學(xué)推挽式（PUSH-PULL）逆變器主要波形輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感負(fù)載時(shí)，若電感量為L(zhǎng)，則電感電流iL波形為三角波，電流以VO/L斜率上升，也以VO/L斜率下降。電流最大值為，fs為逆變器開關(guān)頻率。（）期間，Q1導(dǎo)通，輸出電壓VO為正，iL為正，電源能量向負(fù)載傳送；（）期間，iL為正，VO變負(fù)，負(fù)載向電源回饋能量，此時(shí)D2續(xù)流；（）期間，Q2導(dǎo)通，iL變負(fù)，VO為負(fù)，電源能量向負(fù)載傳送；（）期間，iL為負(fù)，VO為正，負(fù)載向電源回饋能量，此時(shí)D1續(xù)流。顯然，純電阻負(fù)載時(shí)只有開關(guān)管中有電流流過(guò)，感性負(fù)載時(shí)開關(guān)管和二極管中都有電流流過(guò)。南京郵電大學(xué)輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感Q1和Q2

導(dǎo)通小于180o工作如果Q1和Q2導(dǎo)通時(shí)間減少，則輸出電壓為寬度小于180o的方波，若輸出端接電阻負(fù)載時(shí)，負(fù)載電流波形和電壓波形相同；輸出端接電感負(fù)載時(shí)，若電感量為L(zhǎng)，則電感電流iL波形為三角波，Q1導(dǎo)通，電流上升；Q1關(guān)斷，電感電流iL經(jīng)D2續(xù)流，電流以斜率下降。D2續(xù)流，使Vin加在W12上，在W2繞組上，電壓極性反向，如圖中陰影部分所示。如果Q1和Q2

導(dǎo)通時(shí)間分別大于T/4，則在感性負(fù)載時(shí)，輸出電壓VO為180o的交變方波，不再受Q1和Q2

導(dǎo)通時(shí)間的影響。南京郵電大學(xué)Q1和Q2導(dǎo)通小于180o工作南京郵電大學(xué)****推挽式DC-DC變換器主電路南京郵電大學(xué)****推挽式DC-DC變換器主電路南京郵電大學(xué)推挽DC-DC變換器推挽式DC-DC變換器的主電路中，整流二極管DR1和DR2的左側(cè)是逆變電路，右側(cè)是整流、濾波電路。輸出整流電路有三種基本類型：全波整流電路、全橋整流電路和倍流整流電路。全波整流電路適用于輸出電壓較低的場(chǎng)合，可以減小整流電路中的通態(tài)損耗，全橋整流電路適用于輸出電壓較高的場(chǎng)合，可以降低整流管的電壓額定值。圖中為全波整流電路，Lf是輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容。推挽直流變換器可看成是兩個(gè)Forword變換器的組合，這兩個(gè)Forword變換器的開關(guān)管輪流導(dǎo)通，故變壓器鐵芯是交變磁化的。全波整流電路變壓器副邊有兩個(gè)繞組，他們的匝數(shù)相等，圖中還接有續(xù)流管DFW，但也可不接。

南京郵電大學(xué)推挽DC-DC變換器南京郵電大學(xué)下圖是推挽直流變換器的主要波形。在Q1或Q2導(dǎo)通期間，變壓器副邊繞組中感應(yīng)電勢(shì)為vw2，電壓脈沖寬度決定于Q1或Q2的導(dǎo)通時(shí)間ton，幅值為，為一交流電。該電壓經(jīng)整流管整成一個(gè)直流方波電壓。濾波電感電流在電流連續(xù)時(shí)為三角波，圖中給出了流過(guò)DR1、DR2和DFW的電流波形。設(shè)Q1或Q2的導(dǎo)通時(shí)間為ton，則電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系為：可以看出，若輸入是恒定的沒(méi)有紋波，則輸出同樣也是恒定的沒(méi)有紋波。對(duì)于多路輸出的開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)是特別重要的。這也是為什么把降低輸出電壓紋波的重點(diǎn)和精力都放在降低輸入電壓紋波的原因所在。南京郵電大學(xué)下圖是推挽直流變換器的主要波形。在Q1或Q2導(dǎo)通期間，變壓器南京郵電大學(xué)推挽變換器各點(diǎn)主要波形(a)無(wú)續(xù)流二極管(b)有續(xù)流二極管南京郵電大學(xué)推挽變換器各點(diǎn)主要波形(a)無(wú)續(xù)流二極管(b)開關(guān)管Q1和Q2上的電壓：整流管DR1和DR2上電壓為續(xù)流二極管DFW上的電壓為：電感電流的平均值就是負(fù)載電流。由于Q1和Q2輪流導(dǎo)通，故的脈動(dòng)頻率為開關(guān)頻率的二倍，通過(guò)DR1、DR2和DFW的電流的最大值為：

南京郵電大學(xué)53開關(guān)管Q1和Q2上的電壓：南京郵電大學(xué)14

因iDR1和iDR2就是流過(guò)變壓器副邊繞組的電流，若不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流，則變壓器原邊繞組電流的最大值為：流過(guò)變壓器原邊的電流最大值也就是流過(guò)開關(guān)管電流的最大值。開關(guān)管的反并二極管不流過(guò)負(fù)載電流，僅流過(guò)鐵芯磁復(fù)位時(shí)的磁化電流。如果斷開續(xù)流管DFW,該變壓器的主要波形如圖5-25a所示。當(dāng)Q1和Q2關(guān)斷時(shí)，本應(yīng)流過(guò)DFW的電流現(xiàn)在改為通過(guò)DR1、DR2，兩者電流大小相同，這樣變壓器副邊繞組的合成磁勢(shì)才為零。南京郵電大學(xué)南京郵電大學(xué)Q1和Q2的交替開關(guān)，使變壓器鐵芯交替磁化與去磁，完成電能從原邊到副邊的傳遞。由于電路不可能完全對(duì)稱，例如Q1和Q2導(dǎo)通時(shí)的通態(tài)壓降可能不同，或兩管的開通時(shí)間可能不同，會(huì)在變壓器原邊的高頻交流電壓上疊加一個(gè)數(shù)值較小的直流電壓，這就是所謂的直流偏磁。由于原邊繞組電阻很小，即使是一個(gè)較小的直流偏磁電壓，如果作用時(shí)間太長(zhǎng)，也會(huì)使變壓器鐵芯單方向飽和，引起大的磁化電流，導(dǎo)致器件損壞。推挽式變換器存在著以下方面缺點(diǎn)：①容易發(fā)生偏磁，②功率開關(guān)的耐壓至少是輸入電壓的二倍，考慮最壞情況下的安全設(shè)計(jì)，例如輸入電壓波動(dòng)±10%；由于變壓器漏感影響在截止瞬間產(chǎn)生的電壓尖刺一般限制在輸入電壓的±20%；實(shí)際應(yīng)用中電壓額定值留取20%的余量；則功率開關(guān)的耐壓至少為倍，在直接使用交流電網(wǎng)供電的情況下（220/380V交流，對(duì)應(yīng)直流310/530V左右）幾乎很難找到合適的功率管。因而實(shí)際應(yīng)用較少，只用在輸入電壓較低的場(chǎng)合。南京郵電大學(xué)Q1和Q2的交替開關(guān)，使變壓器鐵芯交替磁化與去磁，完成電能從Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大學(xué)全橋式直直變換器356Contents推挽直直變換器1半橋式直直變換器2南京郵電大輸出為全波整流電路的半橋直流變換器的主電路南京郵電大學(xué)半橋式DC-DC變換器輸出為全波整流電路的半橋直流變換器的主電路南京郵電大學(xué)半橋式半橋式DC-DC變換器原理及設(shè)計(jì)

推挽直流變換器開關(guān)管承受反向電壓至少是電源電壓的兩倍，因而大多用于電源電壓較低的場(chǎng)合。半橋變換器開關(guān)管承受的反向電壓為電源電壓，故可在電源電壓較高的場(chǎng)合應(yīng)用。半橋變壓器是由半橋逆變器、高頻變壓器和輸出整流濾波電路組成，因而也屬于直流-交流-直流變換器。南京郵電大學(xué)半橋式DC-DC變換器原理及設(shè)計(jì)南京郵電大學(xué)輸出為全波整流電路的半橋直流變換器主電路各點(diǎn)主要波形南京郵電大學(xué)輸出為全波整流電路的半橋直流變換器主電路各點(diǎn)主要波形南京郵電工作原理由兩個(gè)相等的電容C1和C2構(gòu)成一個(gè)橋臂，開關(guān)管Q1、Q2（均含有反并聯(lián)二極管）構(gòu)成另一個(gè)橋臂，兩個(gè)橋臂的中點(diǎn)A、B接高頻變壓器，由于電容C1和C2較大，其中點(diǎn)B的電位保持不變，且等于Vin/2。從另一個(gè)角度看，它實(shí)際上是兩個(gè)正激變換器的組合，每個(gè)正激變換器輸入電壓為Vin/2，輸出電壓為Vo。變壓器原邊繞組匝數(shù)為W1，兩個(gè)副邊繞組匝數(shù)相等，即W21=W22=W2，圖中Llk是變壓器的漏感。南京郵電大學(xué)工作原理南京郵電大學(xué)不考變壓器慮漏感當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊繞組上電壓為，繞組感應(yīng)電勢(shì)“*”端為“正”極性，故DR1導(dǎo)通，DR2反偏截止，輸出濾波電感電流iLf增長(zhǎng)。在t=Ton時(shí)，Q1關(guān)斷，由于電感電流不能斷續(xù)，iLf繼續(xù)按原方向流動(dòng)，故副邊繞組is和原邊繞組中的電流ip也仍按原方向流動(dòng)，D2續(xù)流，因此極性反轉(zhuǎn)，DR2導(dǎo)通。由于兩個(gè)輸出整流二極管同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓箝位為零，由變壓器原理可知，變壓器原邊電壓為零，這時(shí)ip=0，這時(shí)is1=is2=is/2，由于這時(shí)變壓器原邊繞阻W1中電流為零，因此D2續(xù)流停止。實(shí)際上當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí)出現(xiàn)負(fù)壓的時(shí)間很短，因此在圖中沒(méi)有畫出。在死區(qū)時(shí)間[Ton，Ts/2]內(nèi)，電感電流下降，在Ts/2時(shí)刻，Q2導(dǎo)通，，變壓器繞阻電勢(shì)“非*”為正，ip從零反向增長(zhǎng)到，二極管DR1截止，，，在[Ts/2，Ts]區(qū)間，與上類似。南京郵電大學(xué)不考變壓器慮漏感南京郵電大學(xué)電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓：Q1

、Q2承受的反向電壓為輸入電源電壓；整流二極管承受的反向電壓為；電感電流的平均值為負(fù)載電流Io，通過(guò)輸出整流二極管的最大電流為，為電感電流脈動(dòng)量：流過(guò)功率開關(guān)管的最大電流：南京郵電大學(xué)電感電流連續(xù)時(shí)輸出電壓：南京郵電大學(xué)考慮變壓器漏感在實(shí)際應(yīng)用中，變壓器總是存在漏感，由于漏感的存在，變換器的工作原理與不考慮漏感時(shí)有所不同。圖b給出了半橋變換器考慮變壓器漏感時(shí)的主要波形。Q1關(guān)斷，變壓器原邊電流不能斷續(xù)，D2由續(xù)流，此時(shí)，輸出整流二極管DR2導(dǎo)通，這時(shí)輸出整流二極管DR1還在導(dǎo)通。由于兩個(gè)輸出整流二極管同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器原邊電壓箝位為零，因此就全部加在變壓器漏感上，這個(gè)電壓使變壓器原邊電流線性下降，在t1時(shí)刻ip下降到零，此時(shí)D2關(guān)斷，Vab=0。[Ton，t1]區(qū)間的電壓方波（圖中用陰影表示）是變壓器原邊電流減小到零所必需的，一般稱為復(fù)位電壓,同樣Q2關(guān)斷時(shí)也會(huì)出現(xiàn)復(fù)位電壓。南京郵電大學(xué)考慮變壓器漏感南京郵電大學(xué)Q2導(dǎo)通，，此時(shí)變壓器原邊電流從零開始反向線性上升，由于變壓器漏感限制了它的上升率，在t2時(shí)刻之前，輸出整流二極管DR1還沒(méi)有恢復(fù)其阻斷能力，兩個(gè)輸出整流二極管同時(shí)導(dǎo)通，將變壓器副邊電壓箝位為零，同時(shí)也把變壓器原邊電壓箝位為零，因此就全部加在變壓器漏感上，這個(gè)電壓使變壓器原邊電流線性增加，在t2時(shí)刻輸出整流二極管DR1關(guān)斷，變壓器原邊電流線性增加，箝位結(jié)束。雖然在[Ton/2，t2]這一區(qū)間，但變壓器副邊電壓為零，也就是說(shuō)，變壓器副邊丟失了[Ton/2，t2]時(shí)段的電壓方波，這部分時(shí)間與的比值即占空比丟失。南京郵電大學(xué)Q2導(dǎo)通，，此時(shí)變壓器原邊電流從零開始反向線性上通過(guò)上述分析，可以看出，漏感帶來(lái)復(fù)位電壓和占空比丟失兩個(gè)問(wèn)題。要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)要對(duì)最大占空比進(jìn)行限制，留出復(fù)位時(shí)間；占空比丟失使有效占空比減小，為了得到所要求的輸出電壓，必須減小變壓器的原副邊匝比，但匝比減小會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題，其一是原邊開關(guān)電流峰值增加，通態(tài)損耗增加；其二是輸出整流二極管的耐壓值要增加。為了減小復(fù)位電壓時(shí)間和占空比丟失，應(yīng)盡量減小漏感。南京郵電大學(xué)通過(guò)上述分析，可以看出，漏感帶來(lái)復(fù)位電壓和占空比丟失兩個(gè)問(wèn)題3）電容選取電容器的值可以從已知的初級(jí)電流和工作頻率來(lái)計(jì)算。若總輸出功率為PO（包括變壓器損耗），工作頻率為f，占空比，半周期為Ts/2，則初級(jí)平均電流為當(dāng)Q1導(dǎo)通，初級(jí)電流流入B點(diǎn)，當(dāng)Q2導(dǎo)通，則從B點(diǎn)取出電流，在半個(gè)周期內(nèi)由電容C1、C2補(bǔ)充電荷損失。在半個(gè)周期內(nèi)電容上的電壓變化為：在實(shí)際應(yīng)用中，C1=C2=C，則上式可寫為：南京郵電大學(xué)3）電容選取南京郵電大學(xué)電容上直流電壓變化率與輸出整流電壓變化率是相同的，因此輸出紋波系數(shù)為：為了滿足輸出紋波要求，C則為：實(shí)際應(yīng)用中，一般將濾波電容和分壓電容分別設(shè)置，濾波電容取幾百到幾千微法的電解電容，分壓電容常取幾個(gè)微法的無(wú)極性電容。南京郵電大學(xué)電容上直流電壓變化率與輸出整流電壓變化率是相同的，因此輸出紋4)半橋電路抗不平衡能力分析半橋電路具有較強(qiáng)的抗偏磁能力，即在主電路不平衡條件下仍能維持高頻變壓器磁通對(duì)稱。在分析這個(gè)結(jié)論之前，作下述假設(shè)：只研究導(dǎo)通和截止的穩(wěn)態(tài)過(guò)程而不考慮開通和關(guān)斷的瞬態(tài)過(guò)程；輸入直流電壓恒定；功率開關(guān)用理想開關(guān)和串聯(lián)等效電阻R1、R2表示，電阻R1、R2表示功率開關(guān)管飽和壓降不同；高頻變壓器用低頻等效電路表示，忽略漏感和勵(lì)磁電感，變壓器直流等效電組用R0表示，變壓器二次側(cè)負(fù)載折合到一次側(cè)用RL’表示，；通過(guò)上述假設(shè)，半橋式變換器原理圖可等效為圖(a)。當(dāng)開關(guān)Q1