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半橋推挽占空比控制變換器工作原理

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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,因此流過繞組和開關(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中將建立折算過來的負(fù)載電流和磁化電流。

經(jīng)過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,則最終使二極管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)的電壓最后將回到它初始的中心值。阻尼由緩沖電阻R1提供。

經(jīng)過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Q,并流入變壓器原邊繞組的末端,這使得之前的過程重復(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)的電壓最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。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。

 

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| 發(fā)布時(shí)間:2018.10.09    來源:充電器廠家
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