推挽式电源的设计

推挽式变换器概述v推挽电路适用于低电压大电流的中小功率场合，广泛应用于功放电路和开关电源中。v它的优点是：结构简单，开关变压器磁芯利用率高，推挽电路工作时，两只对称的功率开关管每次只有一个导通，所以导通损耗小。v。v缺点是：变压器带有中心抽头，而且开关管的承受电压较高；由于变压器原边漏感的存在，功率开关管关断的瞬间，漏源极会产生较大的电压尖峰，另外输入电流的纹波较大，因而输入滤波器的体积较大，存在变压器的偏磁现象。偏磁严重时会导致变压器磁心单向饱和，致使原边绕组瞬时过流，损毁功率器推挽式电源电路框图推挽电路的工作原理推挽电路中两个开关S1和S2交替导通，在绕组N1和N1两端分别形成相位相反的交流电压。1、S1导通时，二极管VD1处于通态，电感L的电流逐渐上升。2、S2导通时，二极管VD2处于通态，电感L电流也逐渐上升。3、当两个开关都关断时，VD1和VD2都处于通态，各分担一半的电流。S1和S2断态时承受的峰值电压均为2倍Ui。S1和S2同时导通，相当于变压器一次侧绕组短路，因此应避免两个开关同时导通。推挽变换器实际上就是两个相位相差180度的正激式变换器的组合。推挽电路的工作波形输入输出电压的关系v当滤波电感L的电流连续时：vTon为两个开关管导通时间之和TNpTonNsUiUov当电感电流不连续时：如果输出电感电流不连续，输出电压U0将高于连续模式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下，2NpUiNsUo变压器偏磁的原因v理论上的正，负对称。由于正，负半周的电压波形对称，磁通在正负两个方向变化，在一个管道通时有正的增量，另一个管导通时有负的增量，理论上无直流磁化分量，故磁通正负对称，励磁电流也正负对称。但是在实际中导致变压器偏磁的原因主要有以下几种：v(1)功率管中器件通态压降存在差异。如图1中开关管M1、M2的压降不等。这将导致加在变压器原边绕组上的电压波形正、负幅值不等。v(2)两路驱动信号传输过程中的延迟不同，功率器件自身开关速度上存在差异。这将导致变压器绕组上的电压波形正、负脉宽不等。v(3)由滤波电感的滤波作用使两个二次侧绕组电流最大值差别较小，每个二次绕组与相应一次绕组的磁动势受到牵制。（每个二次绕组磁动势接近于两个一次绕组磁动势的平均值）。v4)推挽电路的全部时间都被强制箝位，没有像单端电路那样的负电压面积自动和正电压面积相平衡的时间上和电压上的自由度。v以上四种原因导致在原边绕组正、反两个方向激励时，相应的伏秒面积不相等，此时变压器处于不平衡运行状态，磁心的工作磁化曲线不再对于原点对称。即所谓变压器磁心出现了偏磁现象。当偏磁严重到一定程度，磁心工作将进入单向饱和区，此时磁心的导磁率将急剧下降，变压器原边等效电感迅速减少，回路电流瞬间上升，最终导致功率管烧毁推挽电路中变压器偏磁的抑制方法v变压器偏磁抑制方法，可从主电路和控制电路两方面着手。v(1)过去常用的办法是挑选两个开关管特性较一致的“配对”，并适当增加变压器磁路中的气隙，使之在电路不平衡的状态下，磁通不至于饱和。工作磁密不宜取得过大，保守的取Bm的v(2)从控制电路上采用电流型控制芯片，利用其自动平衡伏秒积的特点。注意在PCB的布线过程中尽可能的保证驱动的对称性功率器件的选择v开关管的选择，尽量选择同一批次的功率管。要留有足够的电流裕量，防止电流过大。由于MOSFET为正温度系数，有一定的自动均流能力.主控芯片的选择v电压型控制芯片。其优点是只有电压环，单环控制容易设计和分析；波形振幅坡度大，因而噪声小，工作稳定；多模块输出时，低阻抗输出能提供很好的交互控制。缺点是扰动必须转化为输出扰动，才能被电压环反馈，因此系统响应慢。如SG3525、TL494等v电流模式控制的芯片优点是由于内环采用了直接的电流峰值控制技术，它可以及时、准确的检测输出或变压器以及开关管中的瞬态电流，自然形成了逐个电流脉冲检测电路。只要电流脉冲达到了预定的幅度，电流控制回路就动作，使得脉冲宽度发生改变，保证输出电压的稳定。因此系统响应快。缺点是控制调节电路是基于从功率电流取得的信号，因此功率部分的振荡容易将噪声引入控制电路。如UC3846等各种结构的比较电路优点优点缺点缺点功率范围功率范围应用领域应用领域正激正激电路较简单，成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向激磁，利用率低几百W几kW各种中、小功率电源反激反激电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压器单向激磁，利用率低几W几十W小功率电子设备、计算机设备、消费电子设备电源。全桥全桥变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，有直通问题，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路几百W几百kW大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等半桥半桥变压器双向励磁，没有变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百W几kW各种工业用电源，计算机电源等推挽推挽变压器双向励磁，变压器一次侧电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百W几kW低输入电压的电源表 8-1 各种不同的间接直流变流电路的比较全波整流和全桥整流a）全波整流电路b）全桥整流电路2）全桥电路的特点优点：二极管在断态承受的电压仅为交流电压幅值，变压器的绕组简单。缺点：电感L的电流回路中存在两个二极管压降，损耗较大，而且电路中需要4个二极管，元件数较多。适用场合：高压输出的情况下。图 8-27 全波整流电路和全桥整流电路原理图全波整流和全桥整流3）同步整流电路：当电路的输出电压非常低时，可以采用同步整流 电 路 ， 利 用 低 电 压MOSFET具有非常小的导通电阻的特性降低整流电路的导通损耗，进一步提高效率。图 8-28 同步整流电路原理