推挽式电路工作原理与开关管波形分析

推挽式电路是一种常见的开关电源拓扑结构，尤其在中低功率应用中常见。这种电路由两个开关管Q1和Q2组成，它们交替导通和截止，以控制通过变压器T1的能量传递。Q1和Q2的工作状态必须严格同步，确保在任何时刻只有一个开关管处于导通状态，从而避免两个开关管同时导通导致的直通现象，这可能会引起严重的功率损耗甚至损坏元器件。 推挽式电路的基本工作原理是：当Q1导通时，Q2截止，变压器T1的一侧得到正电压，使得VD1正向导通，次级绕组的电压经过整流和滤波后输出。而当Q2导通，Q1截止时，次级绕组的电压极性反转，VD1反向导通，同样的过程持续进行，使得输出电压保持稳定。由于开关管的交替工作，T1的次级绕组的工作频率是加在Q1和Q2上的脉宽调制（PWM）频率的两倍。 推挽式电路的输出电压可以用公式(2-7)来计算，其中Vo是输出电压，N是变压器的匝数比，V_in是输入电压，T_on和T_off分别是Q1或Q2的导通时间和截止时间。该公式说明了输出电压与输入电压、变压器匝数比以及开关管的占空比（导通时间与总周期的比例）之间的关系。 波形图2.13展示了推挽式电路中开关管Q1的电压VQ1和电流IQ1的特性。在开关周期内，VQ1在Vin和-2Vin之间变化，电流IQ1则在零点附近波动，当开关管导通时电流上升至饱和值Vsat，而在截止时电流迅速下降至零。这种波形体现了开关电源的高效率，因为它在大部分时间内开关管处于非线性工作状态，减少了功耗。 开关电源由于其高效率、小体积和轻重量等优势，已经广泛应用于各个领域，并逐步取代了传统的线性电源和晶闸管相控整流电源。在设计过程中，通常会采用脉宽调制（PWM）技术来控制开关管的导通时间，以调整输出电压。例如，UC3842是一种常用的PWM控制芯片，可以精确地调节开关频率和占空比。此外，变压器的次级线圈可能采用堆叠式绕法，以优化磁通分布和减小电磁干扰。光耦反馈电路的改进有助于提高系统的稳定性和效率。 开关电源技术的发展趋势包括更高的转换效率、更小的尺寸、更快的响应速度以及更好的电磁兼容性。随着技术的进步，新的拓扑结构和控制方法不断涌现，如全桥整流、软开关技术等，进一步推动了开关电源在大功率应用中的普及。未来，开关电源将继续在直流电能变换领域扮演关键角色，为各种电子设备提供稳定、高效的电源。