半橋推挽占空比控制變換器工作原理

?新聞資訊 ????|???? ?2019-05-22 15:17
  半橋推挽占空比控制變換器工作原理
由于可以減少原邊開關元件的電壓應力,半橋變換器是離線式充電器的首選結構。再有,該輸入電路需要大的輸入儲存和濾波電容器與常規的輸入倍壓電路一起向半橋供電。
 
工作原理
 
   半橋推挽變換器功率部分的一般結構。開關晶體管Q和Q2只形成橋式電路的一邊,剩下的一半由電容器C1和C構成。該電路與全橋的主要差別在于變壓器原邊只承受一半的手機充電器電壓,因此流過繞組和開關晶體管的電流將是全橋的兩倍。
 
(a)半橋推挽正激變換器的功率部分
 
(b)半橋正激變換器的集電極電壓和電流波形
 
假設穩態情況下電容器C1和C2充電量相等,則中心點(A點)上的電壓將是充電器電壓Vcc的一半。
 
晶體管Q導通時,V的一半電壓加在原邊繞組T兩端,起始端為正。此時在變壓器原邊和Q1中將建立折算過來的負載電流和磁化電流。
 
經過由控制電路決定的一段時間后,Q1將關斷。
 
現在由于原邊電感和漏感的作用,電流將繼續流向原邊繞組的起始端,由緩沖電容器C3和C供電。Q1和Q2連接點的電位變負,如果儲存在原邊漏感中的能量足夠大,則最終使二極管D2導通,這使該點的電位鉗位并將剩余的反激能量返回充電器。
 
由于阻尼振蕩作用,Q1和Q2中點的電壓最后將回到它初始的中心值。阻尼由緩沖電阻R1提供。
 
經過由控制電路決定的一段時間后,Q2將導通,使原邊繞組的起始端為負。此時負載電流和磁化電流流過Q,并流入變壓器原邊繞組的末端,這使得之前的過程重復,但原邊電流反向。區別在于導通時間結束時,Q1和Q2連接點的電位變正,使得D1導通井將漏感能量返回充電器。由于阻尼振蕩作用,Q1和Q連接點的電壓最后將回到它的中心值。這就完成了一個工作周期并繼續下去。該波形示于圖中。
 
由于C1和C2是輸入濾波器的主要蓄能電容器,其值非常大,因此C和C中心點(A點)上的電壓在工作周期中變化不大。
 
副邊電路工作如下:Q1導通時,所有繞組的起始端為正,二極管D3將導通,其電流流進L1并流向外部負載和電容器C5。
 
晶體管Q1關斷時,所有變壓器繞組上的電壓將降到零,但由于扼流圈L1的強迫作用,電流繼續在副邊二極管中流過。當副邊電壓降到零時,二極管D3和D4基本上平均分擔電感器中的電流,其作用就像續流二極管,并將副邊電壓鉗位到零。
 
在續流期間有一個小的但重要的影響要考慮,即原邊磁化電流傳遞到副邊,在兩個輸出二極管中流動。雖然該電流與負載電流相比通常較小,其影響是在續流期間維持磁通密度為一常數。結果,當另一個晶體管導通時,磁通密度從一B變到+B。如果D和D的正向電壓不匹配,續流期間就有一個陽極電壓差加在副邊,由于在兩次關斷期間該電壓的方向相同,這就使磁心趨于飽和。
 
在穩態條件下,L1中的電流在導通期間增加,在關斷期間減小,其平均值與輸出電流相等。
 
忽略損耗,輸出電壓由下式給出
 
式中,Vcc=原邊電壓;
 
n=匝比Np/Ns;
 
Np=原邊匝數;
 
Ns=副邊匝數;
 
D=占空比[ton/(ton+toff)]
 
ton=導通時間;
 
toff=關斷時間。
 
因此用合適的控制電路調節占空比,可控制輸出電壓并在充電器或負載變化時維持該電壓為常值。 

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