第3章 直流斬波電路1課件

第5章直流直流變流電路5.1基本斬波電路5.2復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐?.1帶隔離的直流直流變流電路

1

直流-直流變流電路（DC/DCConverter）包括直接直流變流電路和間接直流變流電路。

◆直接直流變流電路也稱斬波電路（DCChopper）。功能是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟姡@種情況下輸入與輸出之間不隔離。

◆間接直流變流電路

在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)。在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實(shí)現(xiàn)輸入輸出間的隔離，因此也稱為直—交—直電路。

第5章直流變流電路·引言2直流變流電路的應(yīng)用◆直流斬波主要用于直流電機(jī)調(diào)速，電力電子電路的供電電源相控電路用于直流調(diào)速的缺點(diǎn)（1）功率因數(shù)低，電網(wǎng)質(zhì)量下降（2）輸出濾波電感大（3）系統(tǒng)快速性差采用斬波電路后，能夠克服上述缺點(diǎn)◆間接變流電路主要用于開關(guān)電源。

35.1基本斬波電路5.1.1

降壓斬波電路5.1.2升壓斬波電路5.1.3

升降壓斬波電路和Cuk斬波電路5.1.4Sepic斬波電路和Zeta斬波電路45.1.1

降壓斬波電路電路結(jié)構(gòu)全控型器件若為晶閘管，須有輔助關(guān)斷電路。續(xù)流二極管負(fù)載出現(xiàn)的反電動(dòng)勢(shì)典型用途之一是拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，也可帶蓄電池負(fù)載。降壓斬波電路（BuckChopper)55.1.1

降壓斬波電路工作原理c)

電流斷續(xù)時(shí)的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)電路圖圖3-1降壓斬波電路得原理圖及波形t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=E，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。通常串接較大電感L使負(fù)載電流連續(xù)且脈動(dòng)小。動(dòng)畫演示。65.1.1

降壓斬波電路數(shù)量關(guān)系電流連續(xù)負(fù)載電壓平均值：（5-1）（5-2）ton——V通的時(shí)間toff——V斷的時(shí)間a--導(dǎo)通占空比

電流斷續(xù)，Uo被抬高，一般不希望出現(xiàn)。負(fù)載電流平均值：75.1.1

降壓斬波電路斬波電路三種控制方式T不變，變ton—脈沖寬度調(diào)制（PWM）。ton不變，變T—頻率調(diào)制。ton和T都可調(diào)，改變占空比—混合型。此種方式應(yīng)用最多第2章2.1節(jié)介紹過：電力電子電路的實(shí)質(zhì)上是分時(shí)段線性電路的思想。基于“分段線性”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析。分V處于通態(tài)和處于斷態(tài)初始條件分電流連續(xù)和斷續(xù)8

基于“分段線性”的思想，對(duì)降壓斬波電路進(jìn)行解析V為通態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為i1，可列出如下方程：（3-3）設(shè)此階段電流初值為I10，=L/R，解上式得（3-4）5.1.1降壓斬波電路c)

電流斷續(xù)時(shí)的波形EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10I20t1uoOOOtttTEEiGiGtontoffiotxi1i2I20t1t2uoEMa)電路圖9V為斷態(tài)期間，設(shè)負(fù)載電流為i2，可列出如下方程：（5-5）設(shè)此階段電流初值為I20，解上式得：

（5-6）由式（3-4）、（3-6）、（3-7）和（3-8）得出：；此時(shí),

（3-7）（5-8）5.1.1降壓斬波電路10用泰勒級(jí)數(shù)近似上式表示了平波電抗器L為無窮大，負(fù)載電流完全平直時(shí)的負(fù)載電流平均值Io，此時(shí)負(fù)載電流最大值、最小值均等于平均值。5.1.1降壓斬波電路（5-11）（5-10）（5-9）115.1.1

降壓斬波電路同樣可以從能量傳遞關(guān)系出發(fā)進(jìn)行的推導(dǎo)

由于L為無窮大，故負(fù)載電流維持為Io不變電源只在V處于通態(tài)時(shí)提供能量，為在整個(gè)周期T中，負(fù)載消耗的能量為輸出功率等于輸入功率，可將降壓斬波器看作直流降壓變壓器。一周期中，忽略損耗，則電源提供的能量與負(fù)載消耗的能量相等。125.1.1

降壓斬波電路負(fù)載電流斷續(xù)的情況：

I10=0，且t=tx時(shí)，i2=0式（3-7）式（3-6）（5-16）tx<toff電流斷續(xù)的條件：（5-17）（5-19）負(fù)載電流平均值為：輸出電壓平均值為：（5-18）135.1.2升壓斬波電路升壓斬波電路（BoostChopper）保持輸出電壓儲(chǔ)存電能電路結(jié)構(gòu)1)升壓斬波電路的基本原理145.1.2升壓斬波電路工作原理假設(shè)L和C值很大。V處于通態(tài)時(shí)，電源E向電感L充電，電流恒定I1，電容C向負(fù)載R供電，輸出電壓Uo恒定。V處于斷態(tài)時(shí)，電源E和電感L同時(shí)向電容C充電，并向負(fù)載提供能量。動(dòng)態(tài)演示。0iGE0ioI1圖5-2升壓斬波電路及工組波形a)

電路圖b)波形155.1.2升壓斬波電路數(shù)量關(guān)系設(shè)V通態(tài)的時(shí)間為ton，此階段L上積蓄的能量為設(shè)V斷態(tài)的時(shí)間為toff，則此期間電感L釋放能量為穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T中L積蓄能量與釋放能量相等：（5-21）（5-20）化簡(jiǎn)得：T/toff>1，輸出電壓高于電源電壓，故為升壓斬波電路。

——升壓比；升壓比的倒數(shù)記作b，即 。b和a的關(guān)系：因此，式（3-21）可表示為（5-23）（5-22）165.1.2升壓斬波電路電壓升高得原因：電感L儲(chǔ)能使電壓泵升的作用

電容C可將輸出電壓保持住如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量?jī)H由負(fù)載R消耗，即：。（5-24）與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路可看作直流變壓器。輸出電流的平均值Io為：(5-25)電源電流的平均值Io為：(5-26)175.1.2升壓斬波電路2)升壓斬波電路典型應(yīng)用一是用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)二是用作單相功率因數(shù)校正（PFC）電路三是用于其他交直流電源中ttTEiOOb)a)i1i2I10I20I10tontofftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20uo圖5-3用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形a）電路圖b）電流連續(xù)時(shí)c）電流斷續(xù)時(shí)用于直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)再生制動(dòng)時(shí)把電能回饋給直流電源。電動(dòng)機(jī)電樞電流連續(xù)和斷續(xù)兩種工作狀態(tài)。直流電源的電壓基本是恒定的，不必并聯(lián)電容器。動(dòng)畫演示。185.1.2升壓斬波電路數(shù)量關(guān)系當(dāng)V處于通態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i1，得下式：(5-27)當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，設(shè)電動(dòng)機(jī)電樞電流為i2，得下式：（5-29）當(dāng)電流連續(xù)時(shí)，考慮到初始條件，近似L無窮大時(shí)電樞電流的平均值Io，即（5-36）該式表明，以電動(dòng)機(jī)一側(cè)為基準(zhǔn)看，可將直流電源電壓看作是被降低到了。195.1.2升壓斬波電路如圖3-3c，當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)：當(dāng)t=0時(shí)刻i1=I10=0，令式（3-31）中I10=0即可求出I20，進(jìn)而可寫出i2的表達(dá)式。另外，當(dāng)t=t2時(shí)，i2=0，可求得i2持續(xù)的時(shí)間tx，即圖3-3用于直流電動(dòng)機(jī)回饋能量的升壓斬波電路及其波形--------電流斷續(xù)的條件tx<t0fftOTOEtc)uoioi1i2t1t2txtontoffI20205.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路升降壓斬波電路(buck-boostChopper)電路結(jié)構(gòu)215.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路基本工作原理a)otb)oti1i2tontoffILIL圖3-4升降壓斬波電路及其波形a）電路圖b）波形V通時(shí)，電源E經(jīng)V向L供電使其貯能，此時(shí)電流為i1。同時(shí)，C維持輸出電壓恒定并向負(fù)載R供電。V斷時(shí)，L的能量向負(fù)載釋放，電流為i2。負(fù)載電壓極性為上負(fù)下正，與電源電壓極性相反，該電路也稱作反極性斬波電路。動(dòng)態(tài)演示。225.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路數(shù)量關(guān)系穩(wěn)態(tài)時(shí)，一個(gè)周期T內(nèi)電感L兩端電壓uL對(duì)時(shí)間的積分為零，即（3-39）所以輸出電壓為：（3-41）V處于通態(tài)uL=EV處于斷態(tài)uL=-uo（3-40）235.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路圖3-4b中給出了電源電流i1和負(fù)載電流i2的波形，設(shè)兩者的平均值分別為I1和I2，當(dāng)電流脈動(dòng)足夠小時(shí)，有：（3-42）由上式得：（3-43）結(jié)論當(dāng)0<a<1/2時(shí)為降壓，當(dāng)1/2<a<1時(shí)為升壓，故稱作升降壓斬波電路。也有稱之為buck-boost變換器。其輸出功率和輸入功率相等，可看作直流變壓器。（3-44）otb)oti1i2tontoffILIL兩邊同乘E245.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路2)Cuk斬波電路V通時(shí)，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路有電流。V斷時(shí)，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路有電流。輸出電壓的極性與電源電壓極性相反。電路相當(dāng)于開關(guān)S在A、B兩點(diǎn)之間交替切換。圖3-5Cuk斬波電路及其等效電路a）電路圖b）等效電路255.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路數(shù)量關(guān)系（3-45）V處于通態(tài)的時(shí)間ton，則電容電流和時(shí)間的乘積為I2ton。V處于斷態(tài)的時(shí)間toff，則電容電流和時(shí)間的乘積為I1

toff。由此可得：（3-46）（3-46）當(dāng)電容C具夠大時(shí)，電容電壓uc脈動(dòng)足夠小，這樣有：V開通時(shí)，uB=0,uA=-uc;V關(guān)斷時(shí)，uB=uc,uA=0;一周期內(nèi)，電感L1、L2上電壓平均值為0。UB=E，UA=U0；265.1.3升降壓斬波電路和Cuk斬波電路又一個(gè)周期內(nèi)：

優(yōu)點(diǎn)（與升降壓斬波電路相比）：輸入電源電流和輸出負(fù)載電流都是連續(xù)的，且脈動(dòng)很小，有利于對(duì)輸入、輸出進(jìn)行濾波。（3-48）從而有：275.2復(fù)合斬波電路和多相多重?cái)夭娐?.2.1電流可逆斬波電路5.2.2

橋式可逆斬波電路5.2.3

多相多重?cái)夭娐?85.2.1

電流可逆斬波電路復(fù)合斬波電路——降壓斬波電路和升壓斬波電路組合構(gòu)成

多相多重?cái)夭娐贰嗤Y(jié)構(gòu)的基本斬波電路組合構(gòu)成

斬波電路用于拖動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，常要使電動(dòng)機(jī)既可電動(dòng)運(yùn)行，又可再生制動(dòng)。降壓斬波電路能使電動(dòng)機(jī)工作于第1象限。升壓斬波電路能使電動(dòng)機(jī)工作于第2象限。電流可逆斬波電路：降壓斬波電路與升壓斬波電路組合。此電路電動(dòng)機(jī)的電樞電流可正可負(fù)，但電壓只能是一種極性，故其可工作于第1象限和第2象限。電流可逆斬波電路295.2.1

電流可逆斬波電路電路結(jié)構(gòu)a)電路圖V1和VD1構(gòu)成降壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)為電動(dòng)運(yùn)行，工作于第1象限。V2和VD2構(gòu)成升壓斬波電路，電動(dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行，工作于第2象限。必須防止V1和V2同時(shí)導(dǎo)通而導(dǎo)致的電源短路。工作過程（三種工作方式)第3種工作方式：一個(gè)周期內(nèi)交替地作為降壓斬波電路和升壓斬波電路工作。當(dāng)一種斬波電路電流斷續(xù)而為零時(shí)，使另一個(gè)斬波電路工作，讓電流反方向流過，這樣電動(dòng)機(jī)電樞回路總有電流流過。電路響應(yīng)很快。圖3-7電流可逆斬波電路及波形305.2.2橋式可逆斬波電路橋式可逆斬波電路——兩個(gè)電流可逆斬波電路組合起來，分別向電動(dòng)機(jī)提供正向和反向電壓。圖3-8橋式可逆斬波電路

使V4保持通時(shí)，等效為圖3-7a所示的電流可逆斬波電路，提供正電壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第1、2象限。使V2保持通時(shí)，V3、VD3和V4、VD4等效為又一組電流可逆斬波電路，向電動(dòng)機(jī)提供負(fù)電壓，可使電動(dòng)機(jī)工作于第3、4象限。315.2.3多相多重?cái)夭娐坊靖拍疃嘞喽嘀財(cái)夭娐吩陔娫春拓?fù)載之間接入多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的基本斬波電路而構(gòu)成相數(shù)一個(gè)控制周期中電源側(cè)的電流脈波數(shù)重?cái)?shù)負(fù)載電流脈波數(shù)325.2.3多相多重?cái)夭娐穞OtttttttOOOOOOO1u2u3uoi1i2i3io3相3重降壓斬波電路電路結(jié)構(gòu)：相當(dāng)于由3個(gè)降壓斬波電路單元并聯(lián)而成?？傒敵鲭娏鳛?個(gè)斬波電路單元輸出電流之和，其平均值為單元輸出電流平均值的3倍，脈動(dòng)頻率也為3倍?？偟妮敵鲭娏髅}動(dòng)幅值變得很小。所需平波電抗器總重量大為減輕。總輸出電流最大脈動(dòng)率（電流脈動(dòng)幅值與電流平均值之比）與相數(shù)的平方成反比。圖3-93相3重?cái)夭娐芳捌洳ㄐ?35.2.3多相多重?cái)夭娐樊?dāng)上述電路電源公用而負(fù)載為3個(gè)獨(dú)立負(fù)載時(shí)，則為3相1重?cái)夭娐贰６?dāng)電源為3個(gè)獨(dú)立電源，向一個(gè)負(fù)載供電時(shí)，則為1相3重?cái)夭娐?。多相多重?cái)夭娐愤€具有備用功能，各斬波電路單元可互為備用。345.3帶隔離的直流直流變流電路·引言圖5-10間接直流變流電路的結(jié)構(gòu)■同直流斬波電路相比，電路中增加了交流環(huán)節(jié)，因此也稱為直—交—直電路。35

■采用這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的電路來完成直流—直流的變換有以下原因

◆輸出端與輸入端需要隔離。

◆某些應(yīng)用中需要相互隔離的多路輸出。

◆輸出電壓與輸入電壓的比例遠(yuǎn)小于1或遠(yuǎn)大于1?！艚涣鳝h(huán)節(jié)采用較高的工作頻率，可以減小變壓器和濾波電感、濾波電容的體積和重量?！鲩g接直流變流電路分為單端(SingleEnd)和雙端(DoubleEnd)電路兩大類，在單端電路中，變壓器中流過的是直流脈動(dòng)電流，而雙端電路中，變壓器中的電流為正負(fù)對(duì)稱的交流電流，正激電路和反激電路屬于單端電路，半橋、全橋和推挽電路屬于雙端電路。

365.3.1正激變換器圖2-2正激變換電路■正激電路(Forward)

◆工作過程

?開關(guān)VT開通后，變壓器原邊繞組兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的副邊繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)，因此VD處于通態(tài)。

?VT關(guān)斷后，電感L通過

VD1續(xù)流，VD關(guān)斷。?正激變換就是帶隔離的Buck斬波電路375.3.1正激變換器圖2-3帶有磁復(fù)位的正激電路■正激電路的磁復(fù)位變壓器線圈電壓或電流回零時(shí)，磁芯中的磁通并不為零，稱之為剩磁。剩磁的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和，因此正激電路需要磁復(fù)位技術(shù)。38圖2-4正激變換電路工作波形SuVT

iLiSOttttUiOOO圖2-5正激變換電路工作波形5.3.1正激變換器39

◆

變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間為,◆輸出電壓

?輸出濾波電感電流連續(xù)時(shí)

磁復(fù)位期間，開關(guān)管兩端電壓為

5.3.1正激變換器40

◆

變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間推導(dǎo)：

利用開關(guān)管導(dǎo)通期間變壓器原邊磁通的增加量等于關(guān)斷期間磁通的減少量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間5.3.1正激變換器41

◆

輸出電壓推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間電感儲(chǔ)存的能量等于關(guān)斷期間電感釋放的能量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間5.3.1正激變換器42◆正激電路的缺點(diǎn)?正激變換器因?yàn)閺?fù)位繞組的存在使變壓器體積增加。?正激變換器的占空比不能太大（小于50%），會(huì)引起磁芯飽和以及關(guān)斷期間不能完成磁復(fù)位。（通過減少?gòu)?fù)位繞組匝數(shù)解決，但會(huì)增加關(guān)斷期間開關(guān)管兩端的電壓）。?單管正激電路很少采用5.3.1正激變換器43圖2-6雙管正激變換電路5.3.1正激變換器44雙管正激電路的特點(diǎn)：?取消復(fù)位繞組，降低了變壓器的體積和工藝要求。?開關(guān)管承受的電壓降低（電源電壓和二極管的管壓降）。?雙管正激電路可靠性高（不存在直通問題），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在中小功率開關(guān)電源中應(yīng)用比較普遍。5.3.1正激變換器45電路結(jié)構(gòu)如圖工作原理

當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，原邊電壓近似為輸入電壓，但副邊因整流管反偏而無電流過，變壓器儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量。當(dāng)開關(guān)管V關(guān)斷時(shí)，各線圈電壓反向，整流管正向?qū)?，變壓器?chǔ)存的能量通過整流管向負(fù)載釋放。

圖2-7反激變換電路5.3.2反激電路46依據(jù)變壓器二次側(cè)能量在截止期間是否完全傳送出去，反激電路的工作狀態(tài)分為兩種：?電流連續(xù)

導(dǎo)通期間

截止期間

由磁通平衡原理得：5.3.2反激電路47?電流斷續(xù)此時(shí)先求出電流斷續(xù)發(fā)生時(shí)刻

求得

輸入電源在一個(gè)周期內(nèi)提供的平均功率為：

注意：反激電路不能開路，此時(shí)5.3.2反激電路4849反激電路特點(diǎn)：?電路簡(jiǎn)單。沒有續(xù)流二極管和濾波儲(chǔ)能電感，不需要復(fù)位繞組（開關(guān)管關(guān)斷期間，二次側(cè)繞組完成能量傳遞，同時(shí)完成磁復(fù)位）?輸出電壓紋波大。(可以增大濾波電容，但會(huì)增加成本和體積）?主要用于100W左右的小功率電源，且對(duì)電源性能指標(biāo)要求不太嚴(yán)格的場(chǎng)合。5.3.2反激電路50反激變換器設(shè)計(jì)存在的困難?當(dāng)反激電路工作于電流連續(xù)時(shí)，直流分量相當(dāng)大，處理不當(dāng)會(huì)造成磁芯飽和，功率管損壞。?為避免飽和，變壓器磁芯應(yīng)增加氣隙。氣隙的調(diào)整是一件麻煩的工作。因?yàn)闅庀对黾訒?huì)使漏感增加，而且自感減少（會(huì)影響到輸出電壓以及單位時(shí)間能量的傳輸),因此，必須加以綜合考慮。?為防止開關(guān)管承受電壓過大，占空比D不能太大，一般為0.3~0.4。占空比的減小，會(huì)影響到輸出電壓減小。參數(shù)之間關(guān)系相互牽制，需要綜合考慮。而正激電路與占空比無關(guān)。5.3.2反激電路51圖2-8反激變換電路5.3.3推挽變換器52與雙管正激電路區(qū)別（從電路結(jié)構(gòu)和兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)區(qū)分）變壓器磁芯工作在一三象限，即雙向磁化。工作原理?重新定義占空比在半個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通，關(guān)斷一次。

?分析VT1導(dǎo)通時(shí)，變壓器副邊二極管VD3導(dǎo)通，把一次側(cè)能量傳遞給負(fù)載。VT1截止后，變壓器經(jīng)二極管VD2復(fù)位，將VT1導(dǎo)通期間的勵(lì)磁能量返回電源。此時(shí)變壓器副邊兩個(gè)二極管（變壓器漏感的原因）都導(dǎo)通，把變壓器一、二次側(cè)電壓鉗位為零。

5354S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖2-9推挽電路的理想化波形55

◆

輸出電壓推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間電感儲(chǔ)存的能量等于關(guān)斷期間電感釋放的能量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間5.3.3推挽變換器562.3推挽變換器

?當(dāng)輸出電感電流連續(xù)時(shí)?當(dāng)輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將連續(xù)時(shí)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下

?其它關(guān)系式（1）開關(guān)管VT1(VT2)截止時(shí)承受的電壓為2Ui。為(適用于低輸入電壓場(chǎng)合）（2）整流管承受的電壓為（3）與開關(guān)管并聯(lián)的二極管承受的電壓為2Ui572.3推挽變換器推挽式的優(yōu)點(diǎn)：

?電壓利用率高。開關(guān)和交替工作，其輸出電壓波形非常對(duì)稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的電路中。

?推挽式開關(guān)電源的兩個(gè)開關(guān)器件有一個(gè)公共接地端，相對(duì)于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動(dòng)電路要簡(jiǎn)單很多，這也是推挽式開關(guān)電源的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。582.3推挽變換器

?雙極性磁化使得變壓器，磁感應(yīng)變化范圍比單極性大，變壓器鐵心不需要?dú)庀?，增加了電源的效率缺點(diǎn)：?開關(guān)器件需要很高的耐壓，輸入電壓兩倍。?變壓器有兩組初級(jí)線圈，對(duì)于小功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)缺點(diǎn)，對(duì)于大功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。595.3.4半橋電路圖2-10半橋電路原理圖60

61

圖2-11半橋電路的理想化波形5.3.4半橋電路62◆工作過程

?VT1導(dǎo)通時(shí)二極管，VD3處于通態(tài)，VD4截止，電感儲(chǔ)能，電流增加。

?VT1截止后，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，一次側(cè)電流VT2經(jīng)并聯(lián)的二極管VD2續(xù)流，由于VD2的導(dǎo)通，一次側(cè)電壓變?yōu)樨?fù)值，二極管VD4導(dǎo)通，VD3繼續(xù)導(dǎo)通（變壓器漏感)，VD3和VD4都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的負(fù)載電流，變壓器繞組中的電流為零。

?后半個(gè)周期的工作過程與之前相似，只是一次電壓、電流反向，二次側(cè)電壓也反向。其數(shù)值關(guān)系不變。5.3.4半橋電路63◆輸出電壓

?濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，利用半個(gè)周期內(nèi)電感電流的增加量與其減少量相等，得

?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下?其它關(guān)系式（1）開關(guān)管VT1(VT2)截止時(shí)承受的電壓為Ui。為(適用于高輸入電壓場(chǎng)合）（2）整流管承受的電壓為（3）與開關(guān)管并聯(lián)的二極管承受的電壓為Ui5.3.4半橋電路64◆變壓器漏感對(duì)工作波形影響的分析

?漏感的存在，限制了一次側(cè)電流的上升速率使一次側(cè)電流小于二次側(cè)折算到一次側(cè)的電流，此時(shí)二極管VD3和VD4均導(dǎo)通，把二次側(cè)電壓鉗位為零。使整流后的方波削去一部分，有效占空比減小。?VT1剛截止時(shí)，由于漏感的存在，使得電流不能突變，所以經(jīng)二極管VD2續(xù)流，使得一次側(cè)電壓變?yōu)閷?dǎo)致二極管VD4導(dǎo)通，將一二次電壓鉗位為零，這個(gè)負(fù)壓全部加在漏感上，直到電流減小為零，一次側(cè)電壓才變?yōu)榱?。這段時(shí)間的長(zhǎng)短取決于漏感的大小，漏感越大，時(shí)間越長(zhǎng)。限制了最大占空比。

5.3.4半橋電路65◆半橋電路的偏磁現(xiàn)象及解決

?半橋電路由于兩個(gè)開關(guān)工作特性不同而導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，從而造成的變壓器一次側(cè)電壓出現(xiàn)直流分量。這種現(xiàn)象稱為直流偏磁。直流諞磁容易造成變壓器飽和。?通常通過在一次側(cè)串聯(lián)耦合電容解決。由于電容的隔直作用，半橋電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用。?注意電容選等效電阻小的，否則分壓太大。因此耦合電容容量不能太大，通常選用無極性的薄膜電容。5.3.4半橋電路665.3.5全橋電路圖2-12全橋電路原理圖

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