推挽直直变换器与桥式直直变换器课件.ppt

1、高速电机高速电机 实验室实验室推挽直直变换器推挽直直变换器与桥式直直变换器与桥式直直变换器2010.11.25Contents推挽直直变换器推挽直直变换器1半桥式直直变换器半桥式直直变换器2全桥式直直变换器全桥式直直变换器31234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:5-Apr-2001 Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDDTrVin1212W11W12W21DDDLCVOR1R2ffFWW22*推挽式推挽式DC-DC变换器（变换器（PUSH-PULL）推挽式DC-DC变换器主电路v推挽式（推挽

2、式（PUSH-PULLPUSH-PULL）DC-DCDC-DC变换器由推挽逆变器和输出整流变换器由推挽逆变器和输出整流滤波电路构成，因此推挽滤波电路构成，因此推挽DC-DCDC-DC变换器是属于变换器是属于DC-AC-DCDC-AC-DC变换器变换器。变压器两个原边绕组匝数相等为。变压器两个原边绕组匝数相等为W W1111=W=W1212=W=W1 1,副边绕组匝数副边绕组匝数为为W W2 2。v1)1)推挽逆变器推挽逆变器vQ Q1 1和和Q Q2 2 180 180o o互补导通工作互补导通工作v180o180o互补导通工作时的波形。当互补导通工作时的波形。当Q Q1 1导通时，电源电压导

3、通时，电源电压V Vinin加在加在W W1111上，当上，当Q Q2 2导通时，电源电压导通时，电源电压V Vinin加在加在W W1212上，因此绕组上，因此绕组W W2 2中的中的电势为一个宽度为电势为一个宽度为180180o o的交变方波，幅值为的交变方波，幅值为 。vQ1Q1关断时，它的集电极和发射极之间电压为关断时，它的集电极和发射极之间电压为v同理，同理，Q2Q2关断时，它的集电极和发射极之间电压为关断时，它的集电极和发射极之间电压为inVWW12inCEQVV21inCEQVV22推挽式推挽式DC-DC变换器（变换器（PUSH-PULL）推挽式逆变器主电路推挽式逆变器主电路12

4、3456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Apr-2001 Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDDTrVin1212W11W12W2vo*推挽式（推挽式（PUSH-PULL）逆变器主要波形）逆变器主要波形推挽式（推挽式（PUSH-PULL）逆变器主要波形）逆变器主要波形v输出端接电阻负载时，负载电流波形和电压波形输出端接电阻负载时，负载电流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时，若电感量为相同；输出端接电感负载时，若电感量为L L，则电，则电感电流感电流i iL L波形为三角波，电流以波形

5、为三角波，电流以V VO O/L/L斜率上升，斜率上升，也以也以V VO O/L/L斜率下降。电流最大值为斜率下降。电流最大值为 ，fs为为逆变器开关频率。逆变器开关频率。v（）期间，）期间，Q Q1 1导通，输出电压导通，输出电压V VO O为正，为正，i iL L为正为正，电源能量向负载传送；（，电源能量向负载传送；（）期间，）期间，i iL L为正为正，V VO O变负，负载向电源回馈能量，此时变负，负载向电源回馈能量，此时D D2 2续流；续流；（）期间，）期间，Q Q2 2导通，导通，i iL L变负，变负，V VO O为负，电源能为负，电源能量向负载传送；（量向负载传送；（）期间，

6、）期间，i iL L为负，为负，V VO O为正，为正，负载向电源回馈能量，此时负载向电源回馈能量，此时D1D1续流。显然，纯电续流。显然，纯电阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时开关管和二极管中都有电流流过。开关管和二极管中都有电流流过。sOOLfVTLV222,4TT43,2TTTT,434,0TvQ Q1 1和和Q Q2 2 导通小于导通小于180180o o工作工作v如果如果Q Q1 1和和Q Q2 2导通时间减少，则输出电压为宽度小导通时间减少，则输出电压为宽度小于于180180o o的方波，若输出端接电阻负载时，负载电的方波，若输出端

7、接电阻负载时，负载电流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时，流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时，若电感量为若电感量为L L，则电感电流，则电感电流i iL L波形为三角波，波形为三角波，Q1 Q1 导通，电流上升；导通，电流上升；Q1Q1关断，电感电流关断，电感电流i iL L经经D2D2续流续流，电流以斜率下降。，电流以斜率下降。D D2 2续流，使续流，使V Vinin加在加在W W1212上，在上，在W2W2绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示。如果。如果Q Q1 1和和Q Q2 2 导通时间分别大于导通时间分别大于T/4T/4，则在感

8、性，则在感性负载时，输出电压负载时，输出电压V VO O为为180180o o的交变方波，不再受的交变方波，不再受Q Q1 1和和Q Q2 2 导通时间的影响。导通时间的影响。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:5-Apr-2001 Sheet of File:F:李宏电路图lihong.ddbDrawn By:QQDDTrVin1212W11W12W21DDDLCVOR1R2ffFWW22*推挽式DC-DC变换器主电路推挽DC-DC变换器v推挽式推挽式DC-DCDC-DC变换器的主电路中，整流二极管变换器的主电路中，整流二极管DR1DR

9、1和和DR2DR2的左侧是逆变电路，右侧是整流、滤波电路。的左侧是逆变电路，右侧是整流、滤波电路。v输出整流电路有三种基本类型：全波整流电路、全桥整输出整流电路有三种基本类型：全波整流电路、全桥整流电路和倍流整流电路。全波整流电路适用于输出电压流电路和倍流整流电路。全波整流电路适用于输出电压较低的场合，可以减小整流电路中的通态损耗，全桥整较低的场合，可以减小整流电路中的通态损耗，全桥整流电路适用于输出电压较高的场合，可以降低整流管的流电路适用于输出电压较高的场合，可以降低整流管的电压额定值。图中为全波整流电路，电压额定值。图中为全波整流电路，Lf是输出滤波电感是输出滤波电感，C Cf f是输出

10、滤波电容。推挽直流变换器可看成是两个是输出滤波电容。推挽直流变换器可看成是两个ForwordForword变换器的组合，这两个变换器的组合，这两个ForwordForword变换器的开关管变换器的开关管轮流导通，故变压器铁芯是交变磁化的。全波整流电路轮流导通，故变压器铁芯是交变磁化的。全波整流电路变压器副边有两个绕组，他们的匝数相等，图中还接有变压器副边有两个绕组，他们的匝数相等，图中还接有续流管续流管D DFWFW，但也可不接。，但也可不接。v 下图是推挽直流变换器的主要波形。在下图是推挽直流变换器的主要波形。在Q Q1 1或或Q Q2 2导通期间，导通期间，变压器副边绕组中感应电势为变压器

11、副边绕组中感应电势为v vw2w2，电压脉冲宽度决定于，电压脉冲宽度决定于Q Q1 1或或Q Q2 2的导通时间的导通时间t tonon，幅值为，幅值为 ，为一交流电。该电压经，为一交流电。该电压经整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续时为三角波，图中给出了流过时为三角波，图中给出了流过D DR1R1、D DR2R2和和D DFWFW的电流波形。的电流波形。v 设设Q Q1 1或或Q Q2 2的导通时间为的导通时间为t tonon，则，则v 电感电流连续时输出电压与输入电压之间的关系为：电感电流连续时输出电压与输入电压之间的关系为：

12、v 可以看出，若输入是恒定的没有纹波，则输出同样也是恒可以看出，若输入是恒定的没有纹波，则输出同样也是恒定的没有纹波。对于多路输出的开关电源来说，这一点是定的没有纹波。对于多路输出的开关电源来说，这一点是特别重要的。这也是为什么把降低输出电压纹波的重点和特别重要的。这也是为什么把降低输出电压纹波的重点和精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。inVWW12/2onystDTyinDWWVV120tQ1Q2tinVWW12)(2221WWvvtinVWW12DFWvtLfitt1DRi2DRitQ1Q2tinVWW12)(2221WWvvtinVWW12DFW

13、vtLfittt1DRi2DRiDFWiab推挽变换器各点主要波形tQ1Q2tinVWW12)(2221WWvvtinVWW12DFWvtLfitt1DRi2DRitQ1Q2tinVWW12)(2221WWvvtinVWW12DFWvtLfittt1DRi2DRiDFWiab(a)无续流二极管无续流二极管(b)有续流二极管有续流二极管v 开关管开关管Q Q1 1和和Q Q2 2上的电压：上的电压：v 整流管整流管D DR1R1和和D DR2R2上电压为上电压为 v 续流二极管续流二极管D DFWFW上的电压为：上的电压为：v 电感电流的平均值就是负载电流。由于电感电流的平均值就是负载电流。由于

14、Q Q1 1和和Q Q2 2轮流导通轮流导通，故的脉动频率为开关频率的二倍，通过，故的脉动频率为开关频率的二倍，通过D DR1R1、D DR2R2和和D DFWFW的的电流的最大值为：电流的最大值为：FWD12122DDQQinVVVVVinDRDRVWWVV1221221DFWinOWVVVWLfDFWDRDRiIIII210maxmax2max1212syfinLfTDLVWWisfyinpfLDVWWIWWI4)(212012maxv v因因i iDR1DR1和和i iDR2DR2就是流过变压器副边绕组的电流，若就是流过变压器副边绕组的电流，若不计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流不

15、计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流的最大值为：的最大值为：v流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。v如果断开续流管如果断开续流管D DFWFW,该变压器的主要波形如图该变压器的主要波形如图5-5-25a25a所示。当所示。当Q Q1 1和和Q Q2 2关断时，本应流过关断时，本应流过D DFWFW的电流现的电流现在改为通过在改为通过D DR1R1、D DR2R2，两者电流大小相同，这样变，

16、两者电流大小相同，这样变压器副边绕组的合成磁势才为零。压器副边绕组的合成磁势才为零。21max2maxmax014inDRDRDFWyfsVWIIIIDWL fv Q Q1 1和和Q Q2 2的交替开关，使变压器铁芯交替磁化与去磁，完成的交替开关，使变压器铁芯交替磁化与去磁，完成电能从原边到副边的传递。由于电路不可能完全对称，例电能从原边到副边的传递。由于电路不可能完全对称，例如如Q Q1 1和和Q Q2 2导通时的通态压降可能不同，或两管的开通时间导通时的通态压降可能不同，或两管的开通时间可能不同，会在变压器原边的高频交流电压上叠加一个数可能不同，会在变压器原边的高频交流电压上叠加一个数值较

17、小的直流电压，这就是所谓的直流偏磁。由于原边绕值较小的直流电压，这就是所谓的直流偏磁。由于原边绕组电阻很小，即使是一个较小的直流偏磁电压，如果作用组电阻很小，即使是一个较小的直流偏磁电压，如果作用时间太长，也会使变压器铁芯单方向饱和，引起大的磁化时间太长，也会使变压器铁芯单方向饱和，引起大的磁化电流，导致器件损坏。电流，导致器件损坏。v 推挽式变换器存在着以下方面缺点：容易发生偏磁，推挽式变换器存在着以下方面缺点：容易发生偏磁，功率开关的耐压至少是输入电压的二倍，考虑最坏情况下功率开关的耐压至少是输入电压的二倍，考虑最坏情况下的安全设计，例如输入电压波动的安全设计，例如输入电压波动10%10%

18、；由于变压器漏感；由于变压器漏感影响在截止瞬间产生的电压尖刺一般限制在输入电压的影响在截止瞬间产生的电压尖刺一般限制在输入电压的20%20%；实际应用中电压额定值留取；实际应用中电压额定值留取20%20%的余量；则功率开的余量；则功率开关的耐压至少为关的耐压至少为 倍，在直接使用交流电网倍，在直接使用交流电网供电的情况下（供电的情况下（220/380V220/380V交流，对应直流交流，对应直流310/530V310/530V左右）左右）几乎很难找到合适的功率管。因而实际应用较少，只用在几乎很难找到合适的功率管。因而实际应用较少，只用在输入电压较低的场合。输入电压较低的场合。3.38.021.

19、12.1Contents推挽直直变换器推挽直直变换器1半桥式直直变换器半桥式直直变换器2全桥式直直变换器全桥式直直变换器3123456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:20-Jan-2002Sheet of File:F:李 宏 电 路 图 LIHONG2.ddbDrawn B y:Q2Q1C1C2D1D2TrLW1W21W22*lkABDDLCRffLDR1R2VOinV输出为全波整流电路的半桥直流变换器的主电路输出为全波整流电路的半桥直流变换器的主电路半桥式半桥式DC-DC变换器变换器半桥式DC-DC变换器原理及设计 v 推挽直流变换器

20、开关管承受反向电压至少是电源电压的两推挽直流变换器开关管承受反向电压至少是电源电压的两倍，因而大多用于电源电压较低的场合。半桥变换器开关倍，因而大多用于电源电压较低的场合。半桥变换器开关管承受的反向电压为电源电压，故可在电源电压较高的场管承受的反向电压为电源电压，故可在电源电压较高的场合应用。半桥变压器是由半桥逆变器、高频变压器和输出合应用。半桥变压器是由半桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组成，因而也属于直流整流滤波电路组成，因而也属于直流-交流交流-直流变换器。直流变换器。输出为全波整流电路的半桥直流变换器主电路各点主要波形输出为全波整流电路的半桥直流变换器主电路各点主要波形v工作原理

21、v由两个相等的电容由两个相等的电容C1C1和和C2C2构成一个桥臂，开关管构成一个桥臂，开关管Q1Q1、Q2Q2（均含有反并联二极管）构成另一个桥臂，两个桥臂的（均含有反并联二极管）构成另一个桥臂，两个桥臂的中点中点A A、B B接高频变压器，由于电容接高频变压器，由于电容C1C1和和C2C2较大，其中点较大，其中点B B的电位保持不变，且等于的电位保持不变，且等于V Vinin/2/2。从另一个角度看，它实。从另一个角度看，它实际上是两个正激变换器的组合，每个正激变换器输入电际上是两个正激变换器的组合，每个正激变换器输入电压为压为V Vinin/2/2，输出电压为，输出电压为V Vo o。变

22、压器原边绕组匝数为。变压器原边绕组匝数为W W1 1，两个副边绕组匝数相等，即两个副边绕组匝数相等，即W W2121=W=W2222=W=W2 2，图中，图中L Llklk是变压器是变压器的漏感。的漏感。v 不考变压器虑漏感不考变压器虑漏感v 当当Q Q1 1导通时，变压器原边绕组上电压为导通时，变压器原边绕组上电压为 ，绕组感，绕组感应电势应电势“*”端为端为“正正”极性，故极性，故D DR1R1导通，导通，D DR2R2反偏截止，反偏截止，输出滤波电感电流输出滤波电感电流iLf增长。在增长。在t=Tt=Tonon时，时，Q1Q1关断，由于电关断，由于电感电流不能断续，感电流不能断续，i i

23、LfLf继续按原方向流动，故副边绕组继续按原方向流动，故副边绕组i is s和和原边绕组中的电流原边绕组中的电流i ip p也仍按原方向流动，也仍按原方向流动，D D2 2续流，因此极续流，因此极性反转，性反转，D DR2R2导通。由于两个输出整流二极管同时导通，将导通。由于两个输出整流二极管同时导通，将变压器副边电压箝位为零，由变压器原理可知，变压器原变压器副边电压箝位为零，由变压器原理可知，变压器原边电压为零，这时边电压为零，这时i ip p=0=0，这时，这时i is1s1=i=is2s2=i=is s/2/2，由于这时变压，由于这时变压器原边绕阻器原边绕阻W W1 1中电流为零，因此中

24、电流为零，因此D D2 2续流停止。实际上当续流停止。实际上当Q Q1 1关断时出现负压的时间很短，因此在图中没有画出。在死关断时出现负压的时间很短，因此在图中没有画出。在死区时间区时间TTonon，T Ts s/2/2内，电感电流下降，在内，电感电流下降，在Ts/2Ts/2时刻，时刻，Q2Q2导导通，通，变压器绕阻电势，变压器绕阻电势“非非*”为正，为正，ipip从零反向从零反向增长到增长到 ，二极管，二极管DR1DR1截止，截止，在，在Ts/2Ts/2，TsTs区间，与上类似。区间，与上类似。inABV21inABV21LfiWW1201DRiLfDRii1v电感电流连续时输出电压：电感电

25、流连续时输出电压：vQ Q1 1 、Q Q2 2承受的反向电压为输入电源电压；整流二承受的反向电压为输入电源电压；整流二极管承受的反向电压为极管承受的反向电压为 ；电感电流的平均值；电感电流的平均值为负载电流为负载电流IoIo，通过输出整流二极管的最大电流，通过输出整流二极管的最大电流为为 ，为电感电流脉动量为电感电流脉动量：v流过功率开关管的最大电流：流过功率开关管的最大电流：2212221onininoySTVVWWVDWTW2SonyTTD inVWW12LfoiI21LfionfinonfinLfTLVWWTWWLVi221221sfyinoPQQfLDVWWIWWIII821212m

26、axmaxmax21v考虑变压器漏感考虑变压器漏感v在实际应用中，变压器总是存在漏感，由于漏感在实际应用中，变压器总是存在漏感，由于漏感的存在，变换器的工作原理与不考虑漏感时有所的存在，变换器的工作原理与不考虑漏感时有所不同。图不同。图b b给出了半桥变换器考虑变压器漏感时的给出了半桥变换器考虑变压器漏感时的主要波形。主要波形。vQ1Q1关断，变压器原边电流不能断续，关断，变压器原边电流不能断续，D2D2由续流，由续流，此时此时 ，输出整流二极管，输出整流二极管D DR2R2导通，这时输导通，这时输出整流二极管出整流二极管DR1DR1还在导通。由于两个输出整流二还在导通。由于两个输出整流二极管

27、同时导通，将变压器原边电压箝位为零，因极管同时导通，将变压器原边电压箝位为零，因此此 就全部加在变压器漏感上，这个电压使就全部加在变压器漏感上，这个电压使变压器原边电流线性下降，在变压器原边电流线性下降，在t t1 1时刻时刻ipip下降到零下降到零，此时，此时D2D2关断，关断，V Vabab=0=0。TTonon，t1t1区间的电压方波区间的电压方波（图中用阴影表示）是变压器原边电流减小到零（图中用阴影表示）是变压器原边电流减小到零所必需的，一般称为复位电压所必需的，一般称为复位电压,同样同样Q Q2 2关断时也会关断时也会出现复位电压。出现复位电压。inABVv21inABVv21inA

28、BVv21v Q Q2 2导通，导通，此时变压器原边电流从零开始反向线性，此时变压器原边电流从零开始反向线性上升，由于变压器漏感限制了它的上升率，在上升，由于变压器漏感限制了它的上升率，在t2t2时刻之前时刻之前，输出整流二极管，输出整流二极管D DR1R1还没有恢复其阻断能力，两个输出整还没有恢复其阻断能力，两个输出整流二极管同时导通，将变压器副边电压箝位为零，同时也流二极管同时导通，将变压器副边电压箝位为零，同时也把变压器原边电压箝位为零，因此把变压器原边电压箝位为零，因此 就全部加在变就全部加在变压器漏感上，这个电压使变压器原边电流线性增加，在压器漏感上，这个电压使变压器原边电流线性增加

29、，在t2t2时刻输出整流二极管时刻输出整流二极管D DR1R1关断，变压器原边电流线性增加，关断，变压器原边电流线性增加，箝位结束。虽然在箝位结束。虽然在Ton/2Ton/2，t2t2这一区间这一区间 ，但变压，但变压器副边电压为零，也就是说，变压器副边丢失了器副边电压为零，也就是说，变压器副边丢失了Ton/2Ton/2，t2 t2 时段的电压方波，时段的电压方波，这部分时间与这部分时间与 的比值即占空的比值即占空比丢失比丢失 。2/sTlossDinABVv21inABVv21inABVv21221422lkLfsSlossSinL IftTWDTWVv 通过上述分析，可以看出，漏感带来复位

30、电压和占空比丢通过上述分析，可以看出，漏感带来复位电压和占空比丢失两个问题。要求我们在设计电路时要对最大占空比进行失两个问题。要求我们在设计电路时要对最大占空比进行限制，留出复位时间；占空比丢失使有效占空比减小，为限制，留出复位时间；占空比丢失使有效占空比减小，为了得到所要求的输出电压，必须减小变压器的原副边匝比了得到所要求的输出电压，必须减小变压器的原副边匝比，但匝比减小会带来两个问题，其一是原边开关电流峰值，但匝比减小会带来两个问题，其一是原边开关电流峰值增加，通态损耗增加；其二是输出整流二极管的耐压值要增加，通态损耗增加；其二是输出整流二极管的耐压值要增加。为了减小复位电压时间和占空比丢

31、失，应尽量减小增加。为了减小复位电压时间和占空比丢失，应尽量减小漏感。漏感。v 3 3）电容选取）电容选取v 电容器的值可以从已知的初级电流和工作频率来计算。若电容器的值可以从已知的初级电流和工作频率来计算。若总输出功率为总输出功率为P PO O（包括变压器损耗），工作频率为（包括变压器损耗），工作频率为f f，占，占空比空比 ，半周期为，半周期为Ts/2Ts/2，则初级平均电流为，则初级平均电流为v 当当Q1Q1导通，初级电流流入导通，初级电流流入B B点，当点，当Q2Q2导通，则从导通，则从B B点取出电点取出电流，在半个周期内由电容流，在半个周期内由电容C1C1、C2C2补充电荷损失。在

32、半个周补充电荷损失。在半个周期内电容上的电压变化为：期内电容上的电压变化为：v 在实际应用中，在实际应用中，C1=C2=CC1=C2=C，则上式可写为：，则上式可写为：2inOVPI平均)(21222121CCfVPCCTIVsinOS平均CfVPVsinO2v电容上直流电压变化率与输出整流电压变化率是电容上直流电压变化率与输出整流电压变化率是相同的，因此输出纹波系数为：相同的，因此输出纹波系数为：v为了满足输出纹波要求，为了满足输出纹波要求，C C则为：则为：v实际应用中，一般将滤波电容和分压电容分别设实际应用中，一般将滤波电容和分压电容分别设置，滤波电容取几百到几千微法的电解电容，分置，滤

33、波电容取几百到几千微法的电解电容，分压电容常取几个微法的无极性电容。压电容常取几个微法的无极性电容。fCVpVVRFinOin22RFfVPCinO2v 4)4)半桥电路抗不平衡能力分析半桥电路抗不平衡能力分析v 半桥电路具有较强的抗偏磁能力，即在主电路不平衡条件半桥电路具有较强的抗偏磁能力，即在主电路不平衡条件下仍能维持高频变压器磁通对称。在分析这个结论之前，下仍能维持高频变压器磁通对称。在分析这个结论之前，作下述假设：作下述假设：v 只研究导通和截止的稳态过程而不考虑开通和关断的瞬态只研究导通和截止的稳态过程而不考虑开通和关断的瞬态过程；过程；v 输入直流电压恒定；输入直流电压恒定；v 功

34、率开关用理想开关和串联等效电阻功率开关用理想开关和串联等效电阻R R1 1、R R2 2表示，电阻表示，电阻R R1 1、R R2 2表示功率开关管饱和压降不同；表示功率开关管饱和压降不同；v 高频变压器用低频等效电路表示，忽略漏感和励磁电感，高频变压器用低频等效电路表示，忽略漏感和励磁电感，变压器直流等效电组用变压器直流等效电组用R R0 0表示，变压器二次侧负载折合到表示，变压器二次侧负载折合到一次侧用一次侧用RLRL表示，表示，；v 通过上述假设，半桥式变换器原理图可等效为图通过上述假设，半桥式变换器原理图可等效为图(a)(a)。当。当开关开关Q Q1 1闭合，闭合，Q Q2 2断开时，

35、断开时，C C2 2充电，充电，C C1 1放电，充放电电流分放电，充放电电流分别用蓝色和红色箭头表示，如图别用蓝色和红色箭头表示，如图(b)(b)所示。当开关所示。当开关Q Q1 1断开断开，Q Q2 2闭合时，闭合时，C C1 1充电，充电，C C2 2放电，充放电电流分别用蓝色和放电，充放电电流分别用蓝色和红色箭头表示，如图红色箭头表示，如图(c)(c)所示。所示。30RRRL123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:10-Mar-2002Sheet of File:F:李宏电路图LIHONG2.ddbDrawn By:C1C2AB

36、inVR1R2R3Q1Q2C1C2ABinVR1R2R3Q1Q2C1C2ABinVR1R2R3Q1Q2i2i1i2i1半桥式变换器原理图等效电路半桥式变换器原理图等效电路（a）（b）（c）v 当当Q1Q1闭合，闭合，Q2Q2断开时，设断开时，设C1C1、C2C2的初始电压为的初始电压为U U1 1(0)(0)和和U U2 2(0)(0)，由回路电流法写出回路复变量电压方程：，由回路电流法写出回路复变量电压方程：v 解上式并拉氏反变换得：解上式并拉氏反变换得：v 高频变压器高频变压器 电压为电压为:ABusUsVscsiRRsisiin)0()()()(2223121sUscsiRRsisi)0

37、()()()(1113121)0()0(21UUVin 21313111211)(0CCRRteRRCCCUti 21313121212)(0CCRRteRRCCCUti 213131313210)()(CCRRtABeRRRURtitiuv 当当Q2Q2闭合，闭合，Q1Q1断开时，设断开时，设C1C1、C2C2的初始电压为的初始电压为U1(0)U1(0)和和U2(0)U2(0)，充放电电流分别用充放电电流分别用i1和和i2表示表示由回路电流法由回路电流法写出回路复变量电压方程：写出回路复变量电压方程：v 解上式并拉氏反变换得：解上式并拉氏反变换得：v 高频变压器高频变压器u uABAB电压为

38、电压为:)0()0(21UUVinsUsVscsiRRsisiin)0()()()(1113221sUscsiRRsisi)0()()()(2223221 21323211221)(0CCRRteRRCCCUti 21323221222)(0CCRRteRRCCCUti 213232323210CCRRtBAeRRRURtitiuv 在稳定工作时，开关在稳定工作时，开关Q1Q1、Q2Q2交替导通，设交替导通，设Q1Q1闭合，闭合，Q2Q2断开断开时点电位时点电位B B电位由上升到，并在电位由上升到，并在Q1Q1断开时间里保持不变；断开时间里保持不变；当开关当开关Q1Q1断开，断开，Q2Q2闭合

39、时点电位由下降，并在闭合时点电位由下降，并在Q2Q2断开时间断开时间里保持不变，显然初始条件有：里保持不变，显然初始条件有：v 解得解得 2131100112CCRRtinonBoneUVtuU 2132200221CCRRtinonBinoneUVtuVU 2132221311213221101CCRRtCCRRtCCRRtinonononeeVU 2132221311213111102CCRRtCCRRtCCRRtinonononeeVUv 分别代入分别代入高频变压器高频变压器u uABAB电压电压v分别计算在开关分别计算在开关Q1Q1、Q2Q2交替导通时加在变压器的交替导通时加在变压器的

40、伏秒积：伏秒积：213121322213112132231311CCRRtCCRRtCCRRtCCRRtinABeRRReeVuononon 213221322213112131132311CCRRtCCRRtCCRRtCCRRtinBAeRRReeVuononon 21311213222131121322111131301CCRRtCCRRtCCRRtCCRRtinABtonononononeRRReeVdtuUS 21322213222131121311211132302CCRRtCCRRtCCRRtCCRRtinBAtonononononeRRReeVdtuUSContents推挽直直变

41、换器推挽直直变换器1半桥式直直变换器半桥式直直变换器2全桥式直直变换器全桥式直直变换器3全桥DC-DC变换器原理 v 全桥变换器原理图及波形如图所示。全桥变换器中全桥变换器原理图及波形如图所示。全桥变换器中4 4个个功率管只承受电源电压，与推挽变换器相比，多用了功率管只承受电源电压，与推挽变换器相比，多用了2 2个功率管。个功率管。DNNVVpsso 2全桥变换器原理图及波形全桥变换器原理图及波形v从图可以看出，全桥变换器功率管的开关过程：从图可以看出，全桥变换器功率管的开关过程：SW1SW1、SW2SW2（或（或SW3SW3、SW4SW4）同时开关，这两对管子）同时开关，这两对管子互补导通。

42、为了防止直通现象，设置有一死区，互补导通。为了防止直通现象，设置有一死区，死区期间死区期间4 4个管子都不导通。个管子都不导通。v输出电压：输出电压：v全桥变换器充分利用了变压器传递能量的能力，全桥变换器充分利用了变压器传递能量的能力，是大功率是大功率DC-DCDC-DC变换器的理想电路。变换器的理想电路。v全桥变换器也有明显的缺点，如直通问题；偏磁全桥变换器也有明显的缺点，如直通问题；偏磁问题等问题等v 所谓偏磁问题是指变压器磁芯的工作磁滞回线中心点偏离所谓偏磁问题是指变压器磁芯的工作磁滞回线中心点偏离了坐标远点，变压器正反向脉冲过程中磁通不对称现象。了坐标远点，变压器正反向脉冲过程中磁通不

43、对称现象。v 造成偏磁的原因主要有功率管的饱和导通压降不一致、导造成偏磁的原因主要有功率管的饱和导通压降不一致、导通时间（功率管从关断到导通的时间）和关断时间不一致通时间（功率管从关断到导通的时间）和关断时间不一致以及加在变压器上的正负脉冲电压宽度不一致等原因所造以及加在变压器上的正负脉冲电压宽度不一致等原因所造成的。成的。v 偏磁在全桥变换器中是必然现象。偏磁发生时，可通过电偏磁在全桥变换器中是必然现象。偏磁发生时，可通过电流母线来观察，可以发现流过母线的相邻电流脉冲信号幅流母线来观察，可以发现流过母线的相邻电流脉冲信号幅度不相等。也就是说流过、和、的电流不相等。在电路设度不相等。也就是说流过、和、的电流不相等。在电路设计中，一般都假定流过、和、的电流相等，两组功率管分计中，一般都假定流过、和、的电流相等，两组功率管分担了输出能量，如果偏磁严重就会造成功率管的损坏。担了输出能量，如果偏磁严重就会造成功率管的损坏。v 全桥变换器必须有抗偏磁电路，否则全桥变换器几乎无法全桥变换器必须有抗偏磁电路，否则全桥变换器几乎无法可靠工作。实际应用中，常使用变压器原边串联电容的方可靠工作。实际应用中，常使用变压器原边串联电容的方法或使用电流型法或使用电流型PWMPWM控制器来减弱偏磁危害。控制器来减弱偏磁危害。