推挽式電源的設(shè)計(jì)

1、推挽式變換器概述v推挽電路適用于低電壓大電流的中小功率場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于功放電路和開(kāi)關(guān)電源中。v它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，開(kāi)關(guān)變壓器磁芯利用率高，推挽電路工作時(shí)，兩只對(duì)稱的功率開(kāi)關(guān)管每次只有一個(gè)導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小。v。v缺點(diǎn)是：變壓器帶有中心抽頭，而且開(kāi)關(guān)管的承受電壓較高；由于變壓器原邊漏感的存在，功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的瞬間，漏源極會(huì)產(chǎn)生較大的電壓尖峰，另外輸入電流的紋波較大，因而輸入濾波器的體積較大，存在變壓器的偏磁現(xiàn)象。偏磁嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變壓器磁心單向飽和，致使原邊繞組瞬時(shí)過(guò)流，損毀功率器推挽式電源電路框圖推挽電路的工作原理推挽電路中兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S2交替導(dǎo)通，在繞組N1和N1兩端分別形成相位相反的交

2、流電壓。1、S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升。2、S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)，電感L電流也逐漸上升。3、當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為2倍Ui。S1和S2同時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短路，因此應(yīng)避免兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通。推挽變換器實(shí)際上就是兩個(gè)相位相差180度的正激式變換器的組合。推挽電路的工作波形輸入輸出電壓的關(guān)系v當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)：vTon為兩個(gè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間之和TNpTonNsUiUov當(dāng)電感電流不連續(xù)時(shí)：如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓U0將高于連續(xù)模式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，

3、在負(fù)載為零的極限情況下，2NpUiNsUo變壓器偏磁的原因v理論上的正，負(fù)對(duì)稱。由于正，負(fù)半周的電壓波形對(duì)稱，磁通在正負(fù)兩個(gè)方向變化，在一個(gè)管道通時(shí)有正的增量，另一個(gè)管導(dǎo)通時(shí)有負(fù)的增量，理論上無(wú)直流磁化分量，故磁通正負(fù)對(duì)稱，勵(lì)磁電流也正負(fù)對(duì)稱。但是在實(shí)際中導(dǎo)致變壓器偏磁的原因主要有以下幾種：v(1)功率管中器件通態(tài)壓降存在差異。如圖1中開(kāi)關(guān)管M1、M2的壓降不等。這將導(dǎo)致加在變壓器原邊繞組上的電壓波形正、負(fù)幅值不等。v(2)兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸過(guò)程中的延遲不同，功率器件自身開(kāi)關(guān)速度上存在差異。這將導(dǎo)致變壓器繞組上的電壓波形正、負(fù)脈寬不等。v(3)由濾波電感的濾波作用使兩個(gè)二次側(cè)繞組電流最大值差別較

4、小，每個(gè)二次繞組與相應(yīng)一次繞組的磁動(dòng)勢(shì)受到牽制。（每個(gè)二次繞組磁動(dòng)勢(shì)接近于兩個(gè)一次繞組磁動(dòng)勢(shì)的平均值）。v4)推挽電路的全部時(shí)間都被強(qiáng)制箝位，沒(méi)有像單端電路那樣的負(fù)電壓面積自動(dòng)和正電壓面積相平衡的時(shí)間上和電壓上的自由度。v以上四種原因?qū)е略谠吚@組正、反兩個(gè)方向激勵(lì)時(shí)，相應(yīng)的伏秒面積不相等，此時(shí)變壓器處于不平衡運(yùn)行狀態(tài)，磁心的工作磁化曲線不再對(duì)于原點(diǎn)對(duì)稱。即所謂變壓器磁心出現(xiàn)了偏磁現(xiàn)象。當(dāng)偏磁嚴(yán)重到一定程度，磁心工作將進(jìn)入單向飽和區(qū)，此時(shí)磁心的導(dǎo)磁率將急劇下降，變壓器原邊等效電感迅速減少，回路電流瞬間上升，最終導(dǎo)致功率管燒毀推挽電路中變壓器偏磁的抑制方法v變壓器偏磁抑制方法，可從主電路和控制電

5、路兩方面著手。v(1)過(guò)去常用的辦法是挑選兩個(gè)開(kāi)關(guān)管特性較一致的“配對(duì)”，并適當(dāng)增加變壓器磁路中的氣隙，使之在電路不平衡的狀態(tài)下，磁通不至于飽和。工作磁密不宜取得過(guò)大，保守的取Bm的v(2)從控制電路上采用電流型控制芯片，利用其自動(dòng)平衡伏秒積的特點(diǎn)。注意在PCB的布線過(guò)程中盡可能的保證驅(qū)動(dòng)的對(duì)稱性功率器件的選擇v開(kāi)關(guān)管的選擇，盡量選擇同一批次的功率管。要留有足夠的電流裕量，防止電流過(guò)大。由于MOSFET為正溫度系數(shù)，有一定的自動(dòng)均流能力.主控芯片的選擇v電壓型控制芯片。其優(yōu)點(diǎn)是只有電壓環(huán)，單環(huán)控制容易設(shè)計(jì)和分析；波形振幅坡度大，因而噪聲小，工作穩(wěn)定；多模塊輸出時(shí)，低阻抗輸出能提供很好的交互控制

6、。缺點(diǎn)是擾動(dòng)必須轉(zhuǎn)化為輸出擾動(dòng)，才能被電壓環(huán)反饋，因此系統(tǒng)響應(yīng)慢。如SG3525、TL494等v電流模式控制的芯片優(yōu)點(diǎn)是由于內(nèi)環(huán)采用了直接的電流峰值控制技術(shù)，它可以及時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)輸出或變壓器以及開(kāi)關(guān)管中的瞬態(tài)電流，自然形成了逐個(gè)電流脈沖檢測(cè)電路。只要電流脈沖達(dá)到了預(yù)定的幅度，電流控制回路就動(dòng)作，使得脈沖寬度發(fā)生改變，保證輸出電壓的穩(wěn)定。因此系統(tǒng)響應(yīng)快。缺點(diǎn)是控制調(diào)節(jié)電路是基于從功率電流取得的信號(hào)，因此功率部分的振蕩容易將噪聲引入控制電路。如UC3846等各種結(jié)構(gòu)的比較電路優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域正激正激電路較簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單變壓器單向激磁，利用率低

7、幾百W幾kW各種中、小功率電源反激反激電路非常簡(jiǎn)單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問(wèn)題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒(méi)有變壓器偏磁問(wèn)題，開(kāi)關(guān)較少，成本低有直通問(wèn)題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開(kāi)關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單有偏磁問(wèn)題幾百W幾kW低輸入電壓的電源表 8-1 各種不同的間接直流變流電路的比較全波整流和全橋整流a）全波整流電路b）全橋整流電路2）全橋電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：二極管在斷態(tài)承受的電壓僅為交流電壓幅值，變壓器的繞組簡(jiǎn)單。 缺點(diǎn)：電感L的電流回路中存在兩個(gè)二極管壓降，損耗較大，而且電路中需要4個(gè)二極管，元件數(shù)較多。 適用場(chǎng)合：高壓輸出的情況下。圖 8-27 全波整流電路