半桥转换器原理与LM5035应用详解：高功率密度电源设计的关键

半桥电路拓扑是一种常见的电力电子变换技术，在高功率密度电源转换器的设计中发挥着关键作用。本文将详细介绍半桥结构的工作原理、优势和应用。 首先，半桥转换器，也称为半桥逆变器或半桥DC-DC转换器，其基本架构包含两个开关元件（通常为MOSFET），一个变压器，以及用于实现电压和电流控制的控制逻辑。它采用了降压模式，利用变压器将输入电路和输出电路电气隔离，这样可以提高系统的安全性和效率。 半桥设计的关键特点是电压应力较低，这意味着初级开关器件（如MOSFET）的RDS(ON)值可以相对较小，从而减小损耗，提升功率密度。此外，因为磁芯的磁通摆动仅限于磁滞回线的两个象限，所以可以使用更小型的变压器，进一步节省空间。由于初级线圈只接收输入电压的一半，这就限制了输入电流，实现了有效的功率传输。 工作原理方面，当开关周期中上管和下管交替导通时，初级线圈会接收到半个输入电压峰值，形成脉冲电流。变压器通过互感作用将这些脉冲传递到次级线圈，产生相应的电压。当同步整流器（如SR2）开启时，输出电流经由输出电感器，形成连续的输出电压。半桥转换器的输出电压可以通过公式 VOUT = n * 0.5 * VIN * D 来计算，其中n是初级和次级线圈的匝数比，D是开关周期中上管和下管导通时间的比值。 环路补偿是半桥设计中的一个重要环节，它确保了系统稳定运行，通过调整控制器的补偿参数来抵消由于负载变化和温度影响引起的反馈误差。LM5035是一款常用于半桥转换器的芯片，它具备过电压保护（UVLO）、隔离功能、以及内置错误放大器等特性，为高效和可靠的电源解决方案提供了基础。 使用LM5035芯片的评估电路板有助于快速验证设计，并展示其实际应用。评估板可能包括必要的元件连接、电源输入接口、输出接口以及各种控制信号引脚，为开发者提供了方便的实验平台。 半桥结构以其低电压应力、高功率密度和易于集成的优势，被广泛应用于功率范围从100W到1000W的各种系统，如工业电源、电动汽车充电器、数据中心电源等。然而，它也有其局限性，例如仅提供电压模式控制，需要外加第3类补偿，且对控制算法有较高要求。掌握半桥转换器的工作原理对于设计高效能和可靠性的电力电子设备至关重要。