對(duì)角半橋正激變換器

對(duì)角半橋正激變換器，別名雙晶體管正激變換器，它的原邊功率開(kāi)關(guān)的接法類似于在反激變換器中的接法。圖表示了該功率系統(tǒng)的一般電路。

這種結(jié)構(gòu)特別適合于場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）的工作，因?yàn)槟芰炕謴?fù)二極管D1和D2在開(kāi)關(guān)元件上對(duì)充電器開(kāi)關(guān)元件提供了強(qiáng)烈的鉗位作用，防止了反激作用時(shí)任何的過(guò)電壓。功率開(kāi)關(guān)管兩端的電壓將不會(huì)超過(guò)充電器電壓加兩個(gè)二極管管壓降，因此電壓應(yīng)力僅為單端變換器中單個(gè)晶體管所受應(yīng)力的一半。

該例中已給出兩種輸入充電器電壓規(guī)格供選擇，通過(guò)撥動(dòng)連桿LK1，用戶可選擇110V或220V作為輸入電壓。

110V工作時(shí)使用倍壓，因此無(wú)論是110V還是220V工作時(shí)，直流電壓V都接近于300V。高充電器無(wú)負(fù)載時(shí)的最大電壓將接近于380V，因此為保險(xiǎn)起見(jiàn)，可以選擇額定電壓為400V的功率MOSFET（有些MOSFET高溫工作時(shí)電壓額定值下降，這一點(diǎn)應(yīng)該考慮）。

手機(jī)充電器工作原理

MOSFET1和MOSFET2（功率開(kāi)關(guān)管）同時(shí)導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng)元件導(dǎo)通時(shí)，原邊充電器電壓Vcc加在變壓器原邊兩端，所有繞組的起始端為正。

在穩(wěn)態(tài)條件下，輸出扼流圈L1中在上一個(gè)工作周期已經(jīng)建立了電流，該電流由于扼流圈L、電容器C1和負(fù)載的續(xù)流作用，經(jīng)續(xù)流二極管D4形成回路。

副邊emf建立（通過(guò)導(dǎo)通功率MOSFET）時(shí)，流過(guò)變壓器副邊和整流二極管D2的電流迅速建立，它僅受變壓器漏感和副邊電路的限制。由于在短暫的導(dǎo)通瞬間扼流圈電流l必須維持幾乎不變，因此隨著D2中電流的增加，流過(guò)續(xù)流二極管D4的電流必須相應(yīng)減小。當(dāng)D3中的正向電流增加到原來(lái)在D4中流過(guò)的電流值時(shí)，D將關(guān)斷，L輸入端（A點(diǎn)）的電壓將增加到副邊電壓V，，正激能量轉(zhuǎn)換狀態(tài)已經(jīng)建立前面所述的動(dòng)作只占整個(gè)傳遞期間的很小一部分，這取決于漏感的大小。典型情況下該電流在1us內(nèi)建立對(duì)于非常大的電流、低電壓輸出，漏感引起的滯后可能比整個(gè)導(dǎo)通期間更長(zhǎng)（特別是高頻情況下）。這會(huì)限制傳送的功率。因此漏感總是應(yīng)盡可能地小在正常條件下，在導(dǎo)通期間的大部分時(shí)間里副邊電壓將加在輸出Lc濾波器上，L兩端的電壓為（VV=）。因此，導(dǎo)通期間電感器中的電流將以由該電壓和L電感值所決定的速率增加，表達(dá)式如下：

在此Ll1是L1的電感值。

根據(jù)變壓器作用原理，該副邊電流會(huì)轉(zhuǎn)換到原邊繞組，所以Ip=Is／n，在此n是變壓比。除了該折算的副邊電流外，原邊還流過(guò)由原邊電感Lp決定的磁化電流。磁化電流將能量?jī)?chǔ)存在變壓器磁場(chǎng)中，該儲(chǔ)存的能量在關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反激作用。

當(dāng)MOSFET1和MOSFET2關(guān)斷時(shí)，反激作用使所有繞組的電壓反向，但由于二極管D和D2的鉗位作用，反激電壓被限制在充電器電壓。在關(guān)斷期間，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中的能量返回充電器。

由于數(shù)碼相機(jī)電源適配器現(xiàn)在的反激電壓幾乎等于原來(lái)的正激電壓，恢復(fù)儲(chǔ)存的能量所需的時(shí)間將等于前個(gè)的導(dǎo)通時(shí)間。因此對(duì)于這種電路，變壓器可能出現(xiàn)階梯形飽和，故占空比不能超過(guò)50%。

在關(guān)斷瞬間，副邊電壓反向，整流二極管D2被關(guān)斷。輸出扼流圈L，電流將保持不變，續(xù)流二極管D4因此導(dǎo)通。在L的強(qiáng)迫作用下，電流將在回路L、C、D中流動(dòng)，A點(diǎn)因一個(gè)二極管的壓降而變負(fù)。L1兩端的電壓等于輸出電壓（加一個(gè)管壓降），但方向與原來(lái)導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)電壓方向相反。L中的電流減小到最初的開(kāi)始值，一個(gè)周期結(jié)束。

應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，漏感在該系統(tǒng)的工作中起了非常重要的作用。漏感值太大會(huì)導(dǎo)致功率不能有效地傳遞，因?yàn)榇蟛糠值脑呺娏髟陉P(guān)斷期間回送到充電器。這在開(kāi)關(guān)元件和能量恢復(fù)二極管中引起無(wú)用的功率損耗。

二極管D4的反向恢復(fù)時(shí)間特別重要，由于在導(dǎo)通瞬間電流從D2流進(jìn)輸出電感器，并流向D4的陰極，此時(shí)正是D4的反向恢復(fù)期間。這在導(dǎo)通瞬間會(huì)引起原邊開(kāi)關(guān)管電流超調(diào)。

為了強(qiáng)調(diào)變壓器漏感的重要性和對(duì)快恢復(fù)二極管的需要，對(duì)該變換器工作情況的一些細(xì)節(jié)作了描述。這些影響在能夠充分利用功率MOSFET優(yōu)點(diǎn)的高頻工作時(shí)變得尤其重要。

應(yīng)該記住，漏感并不僅僅包含在變壓器本身，它還包含在所有外部電路中。應(yīng)通過(guò)使用短、粗導(dǎo)線并在可能的地方繞制或按緊密耦合雙膠線繞制使電感最小；以此維持回路電流。

能量恢復(fù)二極管D1和D2應(yīng)該是快速、高壓類型的，低ESR的電容器應(yīng)放置在充電器兩端并盡可能靠近開(kāi)關(guān)元件。輸出電容器C1的ESR和ESL對(duì)變換器的功能來(lái)說(shuō)并不是非常重要，這是因?yàn)殡姼衅鱈已將該電容器與功率開(kāi)關(guān)隔開(kāi)。

C1的主要功能是減少輸出紋波電壓和儲(chǔ)存一定的能量。通常使用附加的LC濾波器減小噪聲要更經(jīng)濟(jì)，因此在該位置應(yīng)避免使用昂貴的低ESR的電子電容器。半橋變換器的變壓器設(shè)計(jì)見(jiàn)。

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