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半桥推挽占空比控制变换器工作原理

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半桥推挽占空比控制变换器工作原理

由于可以减少原边开关元件的电压应力,半桥变换器是离线式充电器的首选结构。再有,该输入电路需要大的输入储存和滤波电容器与常规的输入倍压电路一起向半桥供电。

 

工作原理

图表示了半桥推挽变换器功率部分的一般结构。开关晶体管Q和Q2只形成桥式电路的一边,剩下的一半由电容器C1和C构成。该电路与全桥的主要差别在于变压器原边只承受一半的充电器电压,因此流过绕组和开关晶体管的电流将是全桥的两倍。

 

(a)半桥推挽正激变换器的功率部分

(b)半桥正激变换器的集电极电压和电流波形

 

假设稳态情况下电容器C1和C2充电量相等,则中心点(A点)上的电压将是充电器电压Vcc的一半。

晶体管Q导通时,V的一半电压加在原边绕组T两端,起始端为正。此时在变压器原边和Q1中将建立折算过来的负载电流和磁化电流。

经过由控制电路决定的一段时间后,Q1将关断。

现在由于原边电感和漏感的作用,电流将继续流向原边绕组的起始端,由缓冲电容器C3和C供电。Q1和Q2连接点的电位变负,如果储存在原边漏感中的能量足够大,则最终使二极管D2导通,这使该点的电位钳位并将剩余的反激能量返回充电器。

由于阻尼振荡作用,Q1和Q2中点的电压最后将回到它初始的中心值。阻尼由缓冲电阻R1提供。

经过由控制电路决定的一段时间后,Q2将导通,使原边绕组的起始端为负。此时负载电流和磁化电流流过Q,并流入变压器原边绕组的末端,这使得之前的过程重复,但原边电流反向。区别在于导通时间结束时,Q1和Q2连接点的电位变正,使得D1导通井将漏感能量返回充电器。由于阻尼振荡作用,Q1和Q连接点的电压最后将回到它的中心值。这就完成了一个工作周期并继续下去。该波形示于图中。

由于C1和C2是输入滤波器的主要蓄能电容器,其值非常大,因此C和C中心点(A点)上的电压在工作周期中变化不大。

副边电路工作如下:Q1导通时,所有绕组的起始端为正,二极管D3将导通,其电流流进L1并流向外部负载和电容器C5。

 

晶体管Q1关断时,所有变压器绕组上的电压将降到零,但由于扼流圈L1的强迫作用,电流继续在副边二极管中流过。当副边电压降到零时,二极管D3和D4基本上平均分担电感器中的电流,其作用就像续流二极管,并将副边电压钳位到零。

在续流期间有一个小的但重要的影响要考虑,即原边磁化电流传递到副边,在两个输出二极管中流动。虽然该电流与负载电流相比通常较小,其影响是在续流期间维持磁通密度为一常数。结果,当另一个晶体管导通时,磁通密度从一B变到+B。如果D和D的正向电压不匹配,续流期间就有一个阳极电压差加在副边,由于在两次关断期间该电压的方向相同,这就使磁心趋于饱和。

在稳态条件下,L1中的电流在导通期间增加,在关断期间减小,其平均值与输出电流相等。

忽略损耗,输出电压由下式给出

 

 

式中,Vcc=原边电压;

n=匝比Np/Ns;

Np=原边匝数;

Ns=副边匝数;

D=占空比[ton/(ton+toff)]

ton=导通时间;

toff=关断时间。

因此用合适的控制电路调节占空比,可控制输出电压并在充电器或负载变化时维持该电压为常值。

 


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| 发布时间:2018.10.09    来源:充电器厂家
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