硬开关半桥与推挽变换器：原理与应用

本章主要讨论的是开关电源中的桥式及推挽变换器，涵盖了半桥变换器、全桥变换器和推挽变换器的设计与技术特性。首先，半桥变换器是一种常见的变换器类型，其特点是两个开关管交替导通，每个管子的驱动信号相位差为180度，这使得它们可以使用同一类型的PWM控制器，如TL494、UC1525系列。在硬开关设计中，半桥变换器的优点在于没有因漏感能量释放而产生的高频尖峰电压，从而降低了电磁干扰（EMI），适用于中大功率AC-DC或DC-AC转换。 全桥变换器则是在半桥的基础上增加了额外的开关管，四管同时工作，使得电路的输出功率更高，但同时也带来了更高的开关损耗，特别是在高输入电压情况下。全桥变换器的磁芯双向磁化，磁化和去磁过程是同步进行的，保持磁通稳定。 推挽变换器的特点是拓扑结构简单，适合处理大电流输入且输出电压较高的应用，比如低压输入高压输出的DC-AC转换器。推挽变换器的缺点是截止状态下的开关管承受的电压较高，这对器件耐压性能有较高要求。 无论是半桥、全桥还是推挽变换器，它们的共同特性包括：采用PWM控制，磁芯双向磁化，初级整流电路选择多样（全波、桥式或倍流），在理论上的最大占空比通常限制在0.5以下，实际操作中可能会更低，以确保滤波电感有足够的时间释放能量。初级绕组的伏秒积与输入电压无关，保持恒定。 硬开关半桥变换器如图9.1.1所示，其电路结构包括两个开关管Q1和Q2，以及相应的电容、电感和控制元件。该变换器种类繁多，包括传统硬开关、非对称软开关、反激和谐振变换器等，其中硬开关半桥在高压输入下存在较大的开关损耗。 本章详细讲解了桥式及推挽变换器的工作原理、优缺点、设计特点和应用范围，对于理解开关电源设计中的不同拓扑结构和技术选择具有重要意义。在实际应用中，设计者需要根据具体需求选择合适的变换器类型，并注意控制策略和元器件的选取，以优化效率和降低损耗。