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推挽拓撲輸出功率及輸入電壓的限制

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推挽拓撲輸出功率及輸入電壓的限制

       推挽電路除了磁通不平衡的問題外（在電流模式推挽拓撲中則不存在這種問題），電源適配器輸出功率會受到式的限制，而輸入電壓會受到式的限制。
       式給出了不同額定輸出功率下對開關(guān)管峰值電流的要求，式給出了對應(yīng)最大直流輸入電壓下的開關(guān)管最大電壓應(yīng)力。當采用雙極型晶體管時，這兩個條件限制了推挽拓撲的最大功率約為500W。高于這個功率等級，則很難找到能同時滿足峰值電流和電壓應(yīng)力要求的雙極型晶體管，并且具備足夠的增益和響應(yīng)速度。
       電源適配器研發(fā)技術(shù)總是不斷進步的，具有足夠高電壓和電流定額且具有足夠低導通壓降的高速MOFET開關(guān)管將延伸推挽變換器功率等級的應(yīng)用范圍。
       為此，下面將討論通信用一次電源適配器供電的400W推挽變換器，供電電源適配器額定輸出、最小輸出和最大輸出電壓分別為48V、38V和60V。
       由式可知，所需最大值電流為   。由式可知，最大關(guān)斷電壓應(yīng)力為。考慮一定的安全裕量，則開關(guān)管耐壓至少應(yīng)為200V。

       該電源適配器的開關(guān)管，可采用雙極型晶體管MJ13330。它的額定幅值電流、額定Vceo和額定Vcev（基極反向偏置電壓為-1~-5V時，可以承受的關(guān)斷瞬間的電壓值）分別為20A、200V和400V時，可滿足幅值電流和電壓應(yīng)力的要求。
工作于16A時，該開關(guān)管的最大導通電壓約為3V，最小增益約為5，存儲時間為1。3~4us。由于這些限制，開關(guān)管的開關(guān)損耗和直流導通損耗都很大，處理磁通不平衡也有困難（除非使用電流模式推挽拓撲），且由于存儲時間過長，很難工作在頻率為40kHz以上的電路中。
       該筆記本電源若使用MOSFET管，可選MTH30N20型。它的額定電流為30A，額定電壓為200V路中。在16A時，其導通壓降為1。3V，因此其直流導通損耗是前面雙極型晶體管的一半。因為電流下降很快，所以交疊開關(guān)損耗可以忽略，但是其價格（包括其他同類型的功率器件）要貴一些。
       對于離線式變換器來講，很少采用推挽拓撲結(jié)構(gòu)，因為其最大關(guān)斷電壓應(yīng)力為例如，120V交流輸入，設(shè)網(wǎng)壓波動范圍為±10%，其整流電壓峰值為1.41×1.1x120=186V。加上漏感尖峰頂部，其最大關(guān)斷電壓應(yīng)力為2.6×186=484V。
另外還必須考慮在穩(wěn)態(tài)最大值上疊加瞬態(tài)值的情況。商用電源適配器中很少規(guī)定具體瞬態(tài)值，但在實際中電源適配器一般設(shè)定瞬態(tài)應(yīng)力值是在穩(wěn)態(tài)最大值的基礎(chǔ)上增加15%。這使得最大應(yīng)力達1.15×484=557V。
       某些特定場合，輸入電壓瞬態(tài)值比穩(wěn)態(tài)最大值的15%還要大。例如，軍用飛行器的交流輸入標準由“軍標704做了明確的規(guī)定。此處，對于額定電壓為113V的交流輸入，10ms內(nèi)其允許的瞬態(tài)值為180VAC。在瞬態(tài)值為180VAC時，根據(jù)式，最大關(guān)斷電壓應(yīng)力為180×1.42×2.6=660V。盡管市面上有很多快速雙極型晶體管能夠承受850V的反壓，但在這么高的瞬態(tài)電壓下采用這種拓撲顯然不是一種很好的選擇。
還有些5V1.2A電源適配器拓撲結(jié)構(gòu)關(guān)斷時開關(guān)管只需承受最大直流輸入電壓，并且沒有漏感尖峰。對于高壓及離線式場合它們是更好的選擇，不僅因為它們的電壓應(yīng)力較小，還因為它們關(guān)斷時電壓變化較小，產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）也比較低。

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| 發(fā)布時間：2019.01.16    來源：電源適配器廠家
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