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半橋電源適配器變換器的漏感問題

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半橋電源適配器變換器的漏感問題

        半橋電源適配器變換器不存在像單端正激和推挽拓撲中那樣麻煩的漏感尖峰問題，因為晶體管Q1Q2分別并聯(lián)了二極管D5、D6，它將晶體管承受的漏感尖峰電壓鉗位于Vdc。

        Q1導(dǎo)通時，負載電流和勵磁電流流過Q1、變壓器T的漏感、Np并聯(lián)的勵磁電感及按匝比平方折算到初級的次級負載等效阻抗，最后流經(jīng)Cb到達C1、C2節(jié)點，Np同名端電壓為正。
        Q1關(guān)斷時，勵磁電感迫使所有繞組電壓極性反向，通過（次級到初級）反激式的作用，Np同名端電壓變負，如果這個狀態(tài)繼續(xù)的話，使Q1承受遠大于Vdc的電壓，有可能使其損壞，同時也可能使Q2承受反壓而損壞。然而D6把T1的同名端電壓鉗位，使得T的同名端電壓不可能比直流輸入母線的負端更低。
        同理，Q2導(dǎo)通時，勵磁電感儲存能量，Np同名端相對于異名端為負壓（T1初級繞組兩端電壓接近Vdc／2）；Q2關(guān)斷時，勵磁電感使所有繞組電壓極性反向。Np同名端電壓力圖變正但由于D5的存在，Np同名端電壓被鉗位于正母線電壓。這樣，導(dǎo)通時間內(nèi)的漏感儲能就會經(jīng)D5、D6反饋給電源適配器Vdc。

半橋電源適配器變換器與雙端正激電源適配器變換器的比較
        由于半橋筆記本電源適配器變換器晶體管承受的關(guān)斷電壓與雙端正激電源適配器變換器（圖）承受的關(guān)斷電壓同樣為V4（而非2V），所以這兩種拓撲構(gòu)成的電源適配器在網(wǎng)壓為220V的歐洲市場設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。有必要對兩者進行比較。

        兩者最主要區(qū)別在于，半橋韓國認證電源適配器變換器次級輸出為全波整流而非雙端正激電源適配器變換器輸出的半波整流。因此半橋電源適配器變換器的方波頻率是正激電源適配器變換器的兩倍，從而使半橋電源適配器變換器輸出電感L、輸出電容C的數(shù)值小得多。
        補充：“頻率”這個術(shù)語，當(dāng)用于雙端和單端電源適配器變換器時，意義不大。用它研究次級脈沖的重復(fù)率更合適。若次級脈沖重復(fù)率（一般為單端電源適配器變換器開關(guān)頻率的兩倍）相同時，傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換功率也是相同的。這僅關(guān)乎（與頻率相關(guān)的）功率轉(zhuǎn)換的方式，而與（雙端和單端電源適配器變換器）功率額定值的區(qū)別無關(guān)。如在推挽情況下，正負半周期各產(chǎn)生一個輸出脈沖，從而導(dǎo)致每個周期有兩個脈沖（脈沖頻率加倍）。所以簡單地使單端拓撲在相同的周期內(nèi)產(chǎn)生兩個脈沖，也會在輸出端得到相同的輸出。
        單端和雙端電源適配器變換器的本質(zhì)區(qū)別體現(xiàn)在磁感應(yīng)增量上。推挽電源適配器變換器使磁通量從BH環(huán)曲線的負端（第三象限）變化到正端（第一象限），而單端電源適配器變換器僅在零磁通量到正磁通量之間變化，即前者為后者磁通量的兩倍。然而，一般當(dāng)開關(guān)頻率在50kH以上時，磁心損耗限制磁通擺幅的峰一峰值不得超過200mT，這個磁通擺幅值很容易由推挽和單端電源適配器變換器推導(dǎo)而得。

         正激電源適配器變換器次級峰值電壓比半橋電源適配器變換器高，因為它的次級占空比只有半橋電源適配器變換器的一半。但這一點只在2。5。1節(jié)中討論的情況下（輸出直流電壓大于200V）才比較明顯。因為正激電源適配器變換器的變壓器必須承受全部電源適配器電壓，所以正激電源適配器變換器變壓器初級繞組匝數(shù)是半橋電源適配器變換器的兩倍。因此半橋電源適配器變換器繞組的成本較低，寄生電容也更小。
補充：盡管半橋電源適配器變換器的繞組更少，但是電流加倍，且銅損與成正比，所以在要求相同的銅損時線徑必須是正激電源適配器變換器的兩倍。

        老人唱戲機電源適配器變換器的另一優(yōu)點是它的由鄰近效應(yīng)形成的繞組損耗比正激電源適配器變換器的稍低。
        鄰近效應(yīng)損耗是由于相鄰繞組層的電流感應(yīng)渦流電流造成的，它隨著繞組層數(shù)增加而迅速增加。由于相同功率及相同直流輸出電壓下半橋電源適配器變換器初級匝數(shù)只有雙端正激電源適配器變換器的一半，所以其損耗比正激電源適配器變換器的小。但由于半橋電源適配器變換器的線徑較大，如正激電源適配器變換器所需圓密耳數(shù)為985P／V，而半橋電源適配器變換器的為1395P／V4（式（3，3）），所以最終兩者實際損耗相差也不大。
        實際應(yīng)用中，半橋電源適配器變換器鄰近效應(yīng)損耗較小的優(yōu)點并不顯著。關(guān)于鄰近效應(yīng)損耗將在第7章詳細討論。

半橋電源適配器變換器實際輸出功率的限制
        半橋電源適配器變換器最大輸出功率由峰值初級電流和晶體管能承受的最大關(guān)斷電壓決定。半橋電源適配器變換器工作于網(wǎng)壓輸入為120V倍壓模式時，如圖3。1所示，與2。4。1。1節(jié)中介紹的雙端正激電源適配器變換器一樣，其輸出功率極限約為400~500W。此時初級等效平頂脈沖電流峰值l=3。13P／Va。若考慮15%的瞬態(tài)波動和10%的穩(wěn)態(tài)波動，則晶體管能承受的最大關(guān)斷電壓為V=1。41×120×2×1。1×1。15=428V，最小直流輸人電壓為y=1。41×120×2／1。1／1。15=268V。

        若輸出功率為500W，則由式（3。1）可知，最大初級等效平頂電流l==3。13×5002085。84A。很多 MOSFET管和雙極型晶體管都能滿足428V耐壓6A電流的要求。當(dāng)然，由于大多數(shù)滿足該電流等級的快速晶體管的電壓參數(shù)V只有400V，為安全承受428V關(guān)斷電壓還必須在關(guān)斷時提供-1~-5V的基極反壓。
        雖然半橋大功率電源適配器變換器輸出功率可達1000W，但是大多數(shù)滿足12A電流等級的快速雙極型晶體管的放大倍數(shù)往往太小，而滿足電流電壓條件的 MOSFET管的導(dǎo)通壓降又太大，且成本也高。全橋變因此輸出功率超過500W時，一般考慮應(yīng)用可使功率加倍的半橋改進電源適配器變換器換器。

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| 發(fā)布時間：2019.01.18    來源：電源適配器廠家
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