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全桥推挽变换器技术特点

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全桥推挽变换器技术特点

桥式变换器

 全桥推挽变换器需要四个功率晶体管以及附加的驱动元件,这使该变换器的成本比反激或半桥变换器的更高,故通常在高功率应用场合才使用这种变换器。

该技术有许多有用的特点,特别是其主变压器只需要一个原边绕组,这使两个方向都承受全充电器电压。这样当输出使用全波整流时,变压器磁心和绕组具有极好的利用率,使高效率变压器的设计成为可能。

第二个优点是功率开关在非常好的环境下工作。任何条件下最大电压应力都不超过充电器电压。四个能量恢复二极管的正向钳位作用消除了通常由漏感引起的任何瞬间电压。

该电路的缺点是需要四个开关晶体管,由于两个晶体管串联工作,有效饱和导通时的功率损耗稍大于使用两个晶体管推挽的情况。可是在高电压离线开关系统中,这些损耗较小,是可以接受的。

最后,该电路经四个恢复二极管提供反激能量恢复,不需要任何能量恢复绕组。

 

  

阶梯形饱和

加在变压器上的正向和反向伏秒条件不可避免地有些不平衡。这可能是由于晶体管储存时间的差异或输出整流器二极管正向电压的不平衡引起的。随着工作周期的进行,这种不平衡会引起变压器磁心中磁通密度的阶梯形饱和。

关断期间磁心不会恢复,这是因为在该期间由于L1的强迫作用(负载电流大于L1的临界电流),二极管D5D6都导通,它们的钳位作用使副边短路。

磁心达到饱和时,有一个补偿作用出现,晶体管在饱和周期的导通电流较大,由于其储存时间减少,所以将在一定程度上恢复平衡。可是晶体管的工作仍存在问题,这个问题将在后续章节中讨论。

 

 

瞬间饱和影响

假设手机充电器已在轻载条件下工作了一段时间,阶梯形饱和已经出现,一对晶体管正工作于饱和点附近。如果突加负载,控制电路会迅速增加脉宽以补偿损耗和增加流过L中的电流。磁心立刻向一个方向饱和,一对晶体管将承受过电流,可能造成灾难性的后果

如果功率晶体管具有独立的快动作限流,则在过电流流通前就会终止导通脉冲,避免元件损坏。这不是理想的解决方案,因为这种方法降低了瞬态响应性能。

另一种方法是降低控制放大器的转换速率,使每周期增加的脉冲宽度小于0.28。在这些条件下,功率晶体管的储存自补偿效果通常能够防止过饱和。可是同样,瞬态响应性能将降低很多。但无论如何,这两种技术是常用的。

 

SAA电源适配器强迫磁通密度平衡

一种解决阶梯形饱和问题的更好的方案是示于图的推挽桥式电路。

如果两个相同的电流互感器接在Q3Q4的发射极,交替流过两对晶体管(也流过原边绕组)的电流峰值在每半周期可以相互比较。

如果检测到两个电流不平衡,它就作用到斜波比较器,差动地调节功率晶体管驱动脉冲的宽度。这可以保持变压器的平均工作磁通密度在BH特性的中心附近,检测直流偏置,差动地调节驱动脉冲来维持平衡

应该注意到,这种技术只用于有直流通路通过变压器绕组的场合。为阻隔直流电流有时在原边绕组串联一个电容器以此来避免变压器直流饱和。可是,在不平衡条件下该电容器会保存净电荷,使交替的原边电压脉冲具有不相同的电压幅值。这就导致了功率损耗和在输出滤波器中产生次谐波纹波。更进一步,保持变压器电流平衡和保持电容器电荷会使系统发散,导致系统失去控制。所以并不推荐这种使用电容器隔直流的措施。

如果使用强迫电流平衡系统,则一定不能串联电容器C,这是由于该电容器消去了可检测到的直流成分,使系统无法工作

如果变压器的工作点能维持在接近其中心点,则磁通密度有最好的工作范围,这可以改善瞬态性能,消除变压器饱和及功率元件损坏的可能性。

在原边脉冲调节中使用电流型控制时,自动产生磁通平衡,不需串联Cx。


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| 发布时间:2018.10.17    来源:充电器厂家
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