半橋推挽占空比控制變換器工作原理

由于可以減少原邊開(kāi)關(guān)元件的電壓應(yīng)力，半橋變換器是離線式充電器的首選結(jié)構(gòu)。再有，該輸入電路需要大的輸入儲(chǔ)存和濾波電容器與常規(guī)的輸入倍壓電路一起向半橋供電。

工作原理

圖表示了半橋推挽變換器功率部分的一般結(jié)構(gòu)。開(kāi)關(guān)晶體管Q和Q2只形成橋式電路的一邊，剩下的一半由電容器C1和C構(gòu)成。該電路與全橋的主要差別在于變壓器原邊只承受一半的手機(jī)充電器電壓，因此流過(guò)繞組和開(kāi)關(guān)晶體管的電流將是全橋的兩倍。

（a）半橋推挽正激變換器的功率部分

（b）半橋正激變換器的集電極電壓和電流波形

假設(shè)穩(wěn)態(tài)情況下電容器C1和C2充電量相等，則中心點(diǎn)（A點(diǎn)）上的電壓將是充電器電壓Vcc的一半。

晶體管Q導(dǎo)通時(shí)，V的一半電壓加在原邊繞組T兩端，起始端為正。此時(shí)在變壓器原邊和Q1中將建立折算過(guò)來(lái)的負(fù)載電流和磁化電流。

經(jīng)過(guò)由控制電路決定的一段時(shí)間后，Q1將關(guān)斷。

現(xiàn)在由于原邊電感和漏感的作用，電流將繼續(xù)流向原邊繞組的起始端，由緩沖電容器C3和C供電。Q1和Q2連接點(diǎn)的電位變負(fù)，如果儲(chǔ)存在原邊漏感中的能量足夠大，則后面使二極管D2導(dǎo)通，這使該點(diǎn)的電位鉗位并將剩余的反激能量返回充電器。

由于阻尼振蕩作用，Q1和Q2中點(diǎn)的電壓較后將回到它初始的中心值。阻尼由緩沖電阻R1提供。

經(jīng)過(guò)由控制電路決定的一段時(shí)間后，Q2將導(dǎo)通，使原邊繞組的起始端為負(fù)。此時(shí)負(fù)載電流和磁化電流流過(guò)Q，并流入變壓器原邊繞組的末端，這使得之前的過(guò)程重復(fù)，但原邊電流反向。區(qū)別在于導(dǎo)通時(shí)間結(jié)束時(shí)，Q1和Q2連接點(diǎn)的電位變正，使得D1導(dǎo)通井將漏感能量返回充電器。由于阻尼振蕩作用，Q1和Q連接點(diǎn)的電壓較后將回到它的中心值。這就完成了一個(gè)工作周期并繼續(xù)下去。該波形示于圖中。

由于C1和C2是輸入濾波器的主要蓄能電容器，其值非常大，因此C和C中心點(diǎn)（A點(diǎn)）上的電壓在工作周期中變化不大。

副邊電路工作如下：Q1導(dǎo)通時(shí)，所有繞組的起始端為正，二極管D3將導(dǎo)通，其電流流進(jìn)L1并流向外部負(fù)載和電容器C5。

晶體管Q1關(guān)斷時(shí)，所有變壓器繞組上的電壓將降到零，但由于扼流圈L1的強(qiáng)迫作用，電流繼續(xù)在副邊二極管中流過(guò)。當(dāng)副邊電壓降到零時(shí)，二極管D3和D4基本上平均分擔(dān)電感器中的電流，其作用就像續(xù)流二極管，并將副邊電壓鉗位到零。

在續(xù)流期間有一個(gè)小的但重要的影響要考慮，即原邊磁化電流傳遞到副邊，在兩個(gè)輸出二極管中流動(dòng)。雖然該電流與負(fù)載電流相比通常較小，其影響是在續(xù)流期間維持磁通密度為一常數(shù)。結(jié)果，當(dāng)另一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，磁通密度從一B變到+B。如果D和D的正向電壓不匹配，續(xù)流期間就有一個(gè)陽(yáng)極電壓差加在副邊，由于在兩次關(guān)斷期間該電壓的方向相同，這就使磁心趨于飽和。

在穩(wěn)態(tài)條件下，L1中的電流在導(dǎo)通期間增加，在關(guān)斷期間減小，其平均值與輸出電流相等。

忽略損耗，輸出電壓由下式給出

式中，Vcc=原邊電壓；

n=匝比Np／Ns；

Np=原邊匝數(shù)；

Ns=副邊匝數(shù)；

D=占空比[ton／（ton+toff）]

ton=導(dǎo)通時(shí)間；

toff=關(guān)斷時(shí)間。

因此用合適的控制電路調(diào)節(jié)占空比，可控制輸出電壓并在充電器或負(fù)載變化時(shí)維持該電壓為常值。