推挽式電源的設(shè)計

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 合，廣泛應(yīng)用于功放電路和開關(guān)電源中。 v它的優(yōu)點是： 結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)變壓器磁芯利用率高，推挽 電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只 有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小。 v。 v缺點是： 變壓器帶有中心抽頭，而且開關(guān)管的承受電 壓較高；由于變壓器原邊漏感的存在，功率 開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，漏源極會產(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)重時會導(dǎo)致變壓器磁心單向飽和， 致使原邊繞組瞬時過流，損毀功率器 推挽式電源電路框圖 推挽電路的工作原理 推挽電路中兩個開關(guān)s1和s2交替導(dǎo)通，在繞

2、組n1 和n1兩端分別形成相位相反的交流電壓。 1、s1導(dǎo)通時，二極管vd1處于通態(tài)，電感l(wèi)的電流 逐漸上升。 2、s2導(dǎo)通時，二極管vd2處于通態(tài)，電感l(wèi)電流也 逐漸上升。 3、當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，vd1和vd2都處于通態(tài)， 各分擔(dān)一半的電流。s1和s2斷態(tài)時承受的峰值 電壓均為2倍ui。 s1和s2同時導(dǎo)通，相當(dāng)于變壓器一次側(cè)繞組短 路，因此應(yīng)避免兩個開關(guān)同時導(dǎo)通。 推挽變換器實際上就是兩個相位相差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(wèi)的電流連續(xù)時： vton為兩個開關(guān)管導(dǎo)通時間之和 tnp tonns ui uo v當(dāng)電感電流不連續(xù)時：如

3、果輸出電感電流不連 續(xù)，輸出電壓u0將高于連續(xù)模式的計算值，并 隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下， 2 np uins uo 變壓器偏磁的原因 v理論上的正，負(fù)對稱。由于正，負(fù)半周的電 壓波形對稱，磁通在正負(fù)兩個方向變化，在 一個管道通時有正的增量，另一個管導(dǎo)通時 有負(fù)的增量，理論上無直流磁化分量，故磁 通正負(fù)對稱，勵磁電流也正負(fù)對稱。但是在 實際中導(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)動信號傳輸過程中的延遲不同，功 率器件自身開關(guān)速度

4、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二次側(cè)繞組 電流最大值差別較小，每個二次繞組與相應(yīng) 一次繞組的磁動勢受到牽制。（每個二次繞 組磁動勢接近于兩個一次繞組磁動勢的平均 值）。 v4)推挽電路的全部時間都被強(qiáng)制箝位，沒有 像單端電路那樣的負(fù)電壓面積自動和正電壓 面積相平衡的時間上和電壓上的自由度。 v以上四種原因?qū)е略谠吚@組正、反兩個方 向激勵時，相應(yīng)的伏秒面積不相等，此時變 壓器處于不平衡運行狀態(tài)，磁心的工作磁化 曲線不再對于原點對稱。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)，此時磁心的導(dǎo)

5、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 路兩方面著手。 v(1)過去常用的辦法是挑選兩個開關(guān)管特性較 一致的“配對”，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 其自動平衡伏秒積的特點。注意在pcb的布 線過程中盡可能的保證驅(qū)動的對稱性 功率器件的選擇 v開關(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，防止電流過大。由 于mosfet為正溫度系

6、數(shù)，有一定的自動均 流能力. 主控芯片的選擇 v電壓型控制芯片。其優(yōu)點是只有電壓環(huán)，單 環(huán)控制容易設(shè)計和分析；波形振幅坡度大， 因而噪聲小，工作穩(wěn)定；多模塊輸出時，低 阻抗輸出能提供很好的交互控制。缺點是擾 動必須轉(zhuǎn)化為輸出擾動，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、準(zhǔn)確的檢測輸出 或變壓器以及開關(guān)管中的瞬態(tài)電流，自然形成了逐 個電流脈沖檢測電路。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 是控制調(diào)節(jié)電路是基于從功率

7、電流取得的信號，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)點優(yōu)點 缺點缺點功率范圍功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 正激正激 電路較簡單，成本低， 可靠性高，驅(qū)動電路 簡單 變壓器單向激磁， 利用率低 幾百w幾kw 各種中、小功 率電源 反激反激 電路非常簡單，成本 很低，可靠性高，驅(qū) 動電路簡單 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、 計算機(jī)設(shè)備、消 費電子設(shè)備電源。 全橋全橋 變壓器雙向勵磁， 容易達(dá)到大功率 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直 通問題，可靠性低，需要 復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動電路 幾百w幾百kw 大功率工業(yè)用電

8、源、焊接電源、 電解電源等 半橋半橋 變壓器雙向勵磁，沒 有變壓器偏磁問題， 開關(guān)較少，成本低 有直通問題，可靠性 低，需要復(fù)雜的隔離 驅(qū)動電路 幾百w幾kw 各種工業(yè)用電源， 計算機(jī)電源等 推挽推挽 變壓器雙向勵磁，變壓 器一次側(cè)電流回路中只 有一個開關(guān)，通態(tài)損耗 較小，驅(qū)動簡單 有偏磁問題幾百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 優(yōu)點：二極管在斷態(tài)承受 的電壓僅為交流電壓幅值， 變壓器的繞組簡單。 缺點：電感l(wèi)的電流回路 中存在兩個二極管壓降， 損耗較大，而且電路中需 要4個二極管，元件數(shù)較多。 適用場合：高壓輸出的情 況下。 圖 8-27 全波整流電路和