硬开关半桥与推挽变换器:原理与应用
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更新于2024-07-07
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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。
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