全橋推挽變換器技術(shù)特點(diǎn)

橋式變換器

 全橋推挽變換器需要四個(gè)功率晶體管以及附加的驅(qū)動(dòng)元件，這使該變換器的成本比反激或半橋變換器的更高，故通常在高功率應(yīng)用場(chǎng)合才使用這種變換器。

該技術(shù)有許多有用的特點(diǎn)，特別是其主變壓器只需要一個(gè)原邊繞組，這使兩個(gè)方向都承受全充電器電壓。這樣當(dāng)輸出使用全波整流時(shí)，變壓器磁心和繞組具有極好的利用率，使高效率變壓器的設(shè)計(jì)成為可能。

第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是功率開關(guān)在非常好的環(huán)境下工作。任何條件下較大電壓應(yīng)力都不超過(guò)充電器電壓。四個(gè)能量恢復(fù)二極管的正向鉗位作用消除了通常由漏感引起的任何瞬間電壓。

該電路的缺點(diǎn)是需要四個(gè)開關(guān)晶體管，由于兩個(gè)晶體管串聯(lián)工作，有效飽和導(dǎo)通時(shí)的功率損耗稍大于使用兩個(gè)晶體管推挽的情況。可是在高電壓離線開關(guān)系統(tǒng)中，這些損耗較小，是可以接受的。

較后，該電路經(jīng)四個(gè)恢復(fù)二極管提供反激能量恢復(fù)，不需要任何能量恢復(fù)繞組。

階梯形飽和

加在變壓器上的正向和反向伏秒條件不可避免地有些不平衡。這可能是由于晶體管儲(chǔ)存時(shí)間的差異或輸出整流器二極管正向電壓的不平衡引起的。隨著工作周期的進(jìn)行，這種不平衡會(huì)引起變壓器磁心中磁通密度的階梯形飽和。

關(guān)斷期間磁心不會(huì)恢復(fù)，這是因?yàn)樵谠撈陂g由于L1的強(qiáng)迫作用（負(fù)載電流大于L1的臨界電流），二極管D5和D6都導(dǎo)通，它們的鉗位作用使副邊短路。

磁心達(dá)到飽和時(shí)，有一個(gè)補(bǔ)償作用出現(xiàn)，晶體管在飽和周期的導(dǎo)通電流較大，由于其儲(chǔ)存時(shí)間減少，所以將在一定程度上恢復(fù)平衡。可是晶體管的工作仍存在問題，這個(gè)問題將在后續(xù)章節(jié)中討論。

瞬間飽和影響

假設(shè)手機(jī)充電器已在輕載條件下工作了一段時(shí)間，階梯形飽和已經(jīng)出現(xiàn)，一對(duì)晶體管正工作于飽和點(diǎn)附近。如果突加負(fù)載，控制電路會(huì)迅速增加脈寬以補(bǔ)償損耗和增加流過(guò)L中的電流。磁心立刻向一個(gè)方向飽和，一對(duì)晶體管將承受過(guò)電流，可能造成災(zāi)難性的后果。

如果功率晶體管具有獨(dú)立的快動(dòng)作限流，則在過(guò)電流流通前就會(huì)終止導(dǎo)通脈沖，避免元件損壞。這不是理想的解決方案，因?yàn)檫@種方法降低了瞬態(tài)響應(yīng)性能。

另一種方法是降低控制放大器的轉(zhuǎn)換速率，使每周期增加的脈沖寬度小于0.28。在這些條件下，功率晶體管的儲(chǔ)存自補(bǔ)償效果通常能夠防止過(guò)飽和。可是同樣，瞬態(tài)響應(yīng)性能將降低很多。但無(wú)論如何，這兩種技術(shù)是常用的。

SAA電源適配器強(qiáng)迫磁通密度平衡

一種解決階梯形飽和問題的更好的方案是示于圖的推挽橋式電路。

如果兩個(gè)相同的電流互感器接在Q3和Q4的發(fā)射極，交替流過(guò)兩對(duì)晶體管（也流過(guò)原邊繞組）的電流峰值在每半周期可以相互比較。

如果檢測(cè)到兩個(gè)電流不平衡，它就作用到斜波比較器，差動(dòng)地調(diào)節(jié)功率晶體管驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度。這可以保持變壓器的平均工作磁通密度在B／H特性的中心附近，檢測(cè)直流偏置，差動(dòng)地調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)維持平衡。

應(yīng)該注意到，這種技術(shù)只用于有直流通路通過(guò)變壓器繞組的場(chǎng)合。為阻隔直流電流有時(shí)在原邊繞組串聯(lián)一個(gè)電容器以此來(lái)避免變壓器直流飽和。可是，在不平衡條件下該電容器會(huì)保存凈電荷，使交替的原邊電壓脈沖具有不相同的電壓幅值。這就導(dǎo)致了功率損耗和在輸出濾波器中產(chǎn)生次諧波紋波。更進(jìn)一步，保持變壓器電流平衡和保持電容器電荷會(huì)使系統(tǒng)發(fā)散，導(dǎo)致系統(tǒng)失去控制。所以并不推薦這種使用電容器隔直流的措施。

如果使用強(qiáng)迫電流平衡系統(tǒng)，則一定不能串聯(lián)電容器C，這是由于該電容器消去了可檢測(cè)到的直流成分，使系統(tǒng)無(wú)法工作。

如果變壓器的工作點(diǎn)能維持在接近其中心點(diǎn)，則磁通密度有較好的工作范圍，這可以改善瞬態(tài)性能，消除變壓器飽和及功率元件損壞的可能性。

在原邊脈沖調(diào)節(jié)中使用電流型控制時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生磁通平衡，不需串聯(lián)Cx。