推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖???

工作原理：推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖一所示。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。電路使用兩個(gè)開關(guān)管VT1和VT2，兩個(gè)開關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器Ｔ次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸??

這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100-500?Ｗ范圍內(nèi)。

整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理

整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，由于兩個(gè)開關(guān)管輪流交替工作，相當(dāng)于兩個(gè)開關(guān)電源同時(shí)輸出功率，其輸出功率約等于單一開關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，推挽式變壓器開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波就可以達(dá)到非常小。

圖1-30是橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖，除了整流濾波電路以外，其余部分電路的工作原理基本與圖1-27相同。橋式整流電路由D1、D2、D3、D4組成，C為儲(chǔ)能濾波電容，R為負(fù)載電阻，Uo為直流輸出電壓，Io為流過負(fù)載電阻的電流。

圖1-31是全波整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖，同樣，除了整流濾波電路以外，其余部分電路的工作原理基本與圖1-27和圖1-30相同。但開關(guān)變壓器的次級(jí)需要多一個(gè)繞組，兩個(gè)繞組N31、N32輪流輸出電壓；全波整流電路由D1、D2組成，C為儲(chǔ)能濾波電容，R為負(fù)載電阻，Uo為直流輸出電壓，Io為流過負(fù)載電阻的電流。

圖1-30與圖1-31比較，橋式整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源比全波整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源多用兩個(gè)整流二極管，但全波整流輸出的開關(guān)變壓器又比橋式整流輸出的開關(guān)變壓器多一組次級(jí)線圈。因此，圖1-30橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源比較適用于輸出電流相對(duì)較小的情況；而圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源比較適用于輸出電流相對(duì)較大的情況。因?yàn)?，大電流整流二極管成本高，而且損耗功率也比較大。

下面我們來(lái)詳細(xì)分析圖1-30橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源和圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源的工作原理。

由于圖1-30橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源或圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源的電壓輸出電路中都接有儲(chǔ)能濾波電容，儲(chǔ)能濾波電容會(huì)對(duì)輸入脈動(dòng)電壓起到平滑的作用，因此，圖1-30和圖1-31中輸出電壓Uo都不會(huì)出現(xiàn)很高幅度的電壓反沖，其輸出電壓的峰值Up基本上就可以認(rèn)為是半波平均值Upa。其值略大于正激輸出nUi，即：橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，整流濾波輸出電壓Uo的值略大于正激輸出nUi，n為變壓器次級(jí)線圈N3繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比。

因此，推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要還是由（1-131）式來(lái)決定。即：推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo（K1或K2接通期間），約等于開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組產(chǎn)生的正激式輸出電壓Up或Up-的半波平均值Upa或Upa-：

uo = Upa = nUi —— K1接通期間 （1-134）

或uo = Upa- =－nUi —— K2接通期間 （1-135）

上式中，uo為推

挽式變壓

器開關(guān)電源的輸出電壓，n為變壓器次級(jí)線圈N3繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比，Ui為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的輸入電壓。

圖1-32是橋式整流輸出或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，在兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2交替接通和斷開，且占空比D均等于0.5時(shí)，各主要工作點(diǎn)的電壓、電流波形。

圖1-32-a）和圖1-32-b）分別表示控制開關(guān)K1接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電壓u1的波形，以及流過變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電流i1波形；圖1-32-c）和圖1-32-d）分別表示控制開關(guān)K2接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2繞組兩端的電壓u2的波形，以及流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2繞組兩端的電流i2的波形；圖1-32-e）和圖1-32-f）分別表示控制開關(guān)K1和K2輪流接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓uo的波形，以及流過開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端的電流波形。

圖1-32-f）中，虛線箭頭表示反激式輸出電流是由最大值開始，然后逐漸減小到最小值；而實(shí)線箭頭表示正激式輸出電流則是由最小值開始，然后逐漸增加到最大值；因此，兩者同時(shí)作用的結(jié)果，正好輸出一個(gè)矩形波。

從圖1-32-e）可以看出，輸出電壓uo雖然還是由兩個(gè)部分組成，一部分為輸入電壓Ui通過變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2感應(yīng)到次級(jí)線圈N3繞組的正激式輸出電壓（uo）；另一部分為勵(lì)磁電流通過變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生的反激式輸出電壓［uo］；這里反激式輸出電壓［uo］不會(huì)再使波形產(chǎn)生反沖，是因?yàn)閮?chǔ)能濾波電容會(huì)把反沖電壓吸收掉，使其成為充電流。

由于推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的半波平均值Upa幅值基本上是穩(wěn)定的，它不會(huì)像反激式輸出開關(guān)電源那樣，輸出電壓的幅值隨著控制開關(guān)占空比的改變而改變。因此，如果需要調(diào)整推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，只能通過改變兩個(gè)控制開關(guān)的占空比，來(lái)改變輸出電壓的平均值。因此，在輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源電路中，必須要在整流輸出電路后面加接一個(gè)LC儲(chǔ)能濾波電路，才能從整流輸出的脈動(dòng)直流電壓中提取平均值輸出。

圖1-33是輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源電路。實(shí)際上圖1-33就是在圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源電路的基礎(chǔ)上，在整流輸出電路后面加接了一個(gè)LC儲(chǔ)能濾波電路。LC儲(chǔ)能濾波電路的工作原理與圖1-2串聯(lián)式開關(guān)電源中的儲(chǔ)能濾波電路工作原理基本相同。不過，在全波整流輸出的LC儲(chǔ)能濾波電路中可以省去一個(gè)續(xù)流二極管，因?yàn)橛糜谌ㄕ鞯膬蓚€(gè)二極管可以輪流充當(dāng)續(xù)流二極管的作用。關(guān)于LC儲(chǔ)能濾波電路的詳細(xì)工作原理，請(qǐng)參考《1-2-2．串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓濾波電路》章節(jié)。

由于圖1-33中兩個(gè)控制開關(guān)占空比D的可調(diào)范圍很?。ㄐ∮?.5），并且在一個(gè)周期內(nèi)兩個(gè)控制開關(guān)均需要接通和關(guān)

斷一次，

因此，輸出電壓的可調(diào)范圍相對(duì)來(lái)說要比單激式開關(guān)電源輸出電壓的可調(diào)范圍小很多；但雙激式開關(guān)電源比單激式開關(guān)電源，具有輸出功率大、電壓紋波小、電壓輸出特性好等優(yōu)點(diǎn)。

圖1-34是輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源各主要工作點(diǎn)的電壓、電流波形。

圖1-34-a）表示控制開關(guān)K1接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電壓波形；圖1-34-b）表示控制開關(guān)K2接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2繞組兩端的電壓波形；圖1-34-c）表示控制開關(guān)K1和K2輪流接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓uo的波形。圖1-34-d）表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓經(jīng)全波整流后的電壓波形。

圖1-34-c）中，Up、Up-分別表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓uo的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值），［Up］、［Up-］分別表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端反激輸出電壓的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值）。

這里還需再次說明，實(shí)際上反激輸出電壓［Up］和［Up-］的脈沖幅度都很高，只不過它的能量很小，即寬度很窄，其幅度被限幅和平均以后就變得很低了。在整流輸出電路中，反激輸出電壓［Up］、［Up-］的幅度一般都不會(huì)高于Up、Up-的幅度，其幅度高于Up、Up-將要被濾波電容兩端的電壓限幅，或通過變壓器兩個(gè)初級(jí)線圈的互感作用被輸入電源電壓限幅。

圖1-34-d）中，實(shí)線波形對(duì)應(yīng)控制開關(guān)K1接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓經(jīng)橋式或全波整流后的波形；虛線波形對(duì)應(yīng)控制開關(guān)K2接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓經(jīng)橋式或全波整流后的波形。Ua表示整流輸出電壓的平均值。

從圖1-34-d）可以看出，僅用儲(chǔ)能電容對(duì)整流輸出電壓進(jìn)行濾波，是很難從脈動(dòng)直流中取出輸出電壓的平均值的，必須同時(shí)使用儲(chǔ)能濾波電感才能取出輸出電壓的平均值。

圖1-33中，儲(chǔ)能濾波電感和儲(chǔ)能濾波電容參數(shù)的計(jì)算，與圖1-2的串聯(lián)式開關(guān)電源中儲(chǔ)能濾波電感和儲(chǔ)能濾波電容參數(shù)的計(jì)算方法很相似。根據(jù)圖1-33和圖1-34，我們把整流輸出電壓uo和LC濾波電路的電壓uc、電流iL畫出如圖1-35，以便用來(lái)計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感、電容的參數(shù)。

圖1-35-a）是整流輸出電壓uo的波形圖。實(shí)線表示控制開關(guān)K1接通時(shí)，推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組輸出電壓經(jīng)整流后的波形；虛線表示控制開關(guān)K2接通時(shí)，推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組輸出電壓經(jīng)整流后的波形。Up表示整流輸出峰值電壓（正激輸出電壓），Up-表示整流輸出最低電壓（反激輸出電壓），Ua表示整流輸出電壓的平均值。

圖1-35-b）是濾波電容器兩端電壓的波形圖，或?yàn)V波電路輸出電壓的波形圖。Uo表示輸出電壓，或

濾波電容

器兩端電壓的平均值；ΔUc表示電容充電電壓增量，2ΔUc等于輸出電壓紋波。

1-8-1-3-1．推挽式變壓器開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感參數(shù)的計(jì)算

在圖1-33中，當(dāng)控制開關(guān)K1接通時(shí)，輸入電壓Ui通過控制開關(guān)K1加到開關(guān)變壓器線圈N1繞組的兩端，在控制開關(guān)K1接通Ton期間，開關(guān)變壓器線圈N3繞組輸出一個(gè)幅度為Up（半波平均值）的正激電壓uo，然后加到儲(chǔ)能濾波電感L和儲(chǔ)能濾波電容C組成的濾波電路上，在此期間儲(chǔ)能濾波電感L兩端的電壓eL為：

eL = Ldi/dt = Up – Uo —— K1接通期間 （1-136）

式中：Ui為輸入電壓，Uo為直流輸出電壓，即：Uo為濾波電容兩端電壓uc的平均值。

在此順便說明：由于電容兩端的電壓變化增量ΔU相對(duì)于輸出電壓Uo來(lái)說非常小，為了簡(jiǎn)單，我們這里把Uo當(dāng)成常量來(lái)處理。

對(duì)（1-136）式進(jìn)行積分得：

式中i（0）為初始電流（t = 0時(shí)刻流過電感L的電流），即：控制開關(guān)K1剛接通瞬間，流過電感L的電流，或稱流過電感L的初始電流。從圖1-35中可以看出i（0）= Ix 。

當(dāng)控制開關(guān)K由接通期間Ton突然轉(zhuǎn)換到關(guān)斷期間Toff的瞬間，流過電感L的電流iL達(dá)到最大值：

（1-139）和（1-140）式就是計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的表達(dá)式。式中，Uo為推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，Ui為推挽式變壓器開關(guān)電源輸入電壓，Up為推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組的正激輸出電壓，Up-為推挽式變壓器開關(guān)電源開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組的反激輸出電壓，n為開關(guān)電源次級(jí)線圈N3繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比。

根據(jù)上面分析結(jié)果，（1-138）式可以寫為：

由（1-75）式可知，當(dāng)控制開關(guān)K1、K2的占空比均為0.5時(shí)，Upa與Upa-基本相等，由此我們也可以認(rèn)為Up與Up-基本相等。

由于，當(dāng)控制開關(guān)K1、K2的占空比均為0.5時(shí)，（1-141）式和（1-142）式的計(jì)算結(jié)果為0。因此，當(dāng)控制開關(guān)K1、K2的占空比均為0.5時(shí)，推挽式變壓器開關(guān)電源經(jīng)整流后輸出的電壓波形基本上是純直流，沒有交流成分，輸出電壓Uo等于最大值Up，因此，可以不需要儲(chǔ)能電感濾波。

但是，如果要求輸出電壓可調(diào)，推挽式變壓器開關(guān)電源的兩個(gè)控制開關(guān)K1、K2的占空比必須要小于0.5；因?yàn)橥仆焓阶儔浩鏖_關(guān)電源正反激兩種狀態(tài)都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩個(gè)控制開關(guān)K1、K2的占空比相當(dāng)于要小一倍。由此可知，當(dāng)要求輸出電壓可調(diào)范圍為最大時(shí)，占空比最好取值為0.25。

當(dāng)兩個(gè)控制開關(guān)K1、K2的占空比取值均為0.25時(shí)，Upa = 3Upa-，由此我們也可以認(rèn)為Up等于3Up-。把上面已知條件代入（1-1

42）式，

可求得：

（1-143）、（1-144）、（1-145）式就是計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感和濾波輸出電壓的表達(dá)式（D為0.25時(shí)）。式中Uo為推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，Ui為推挽式變壓器開關(guān)電源輸入電壓，T為控制開關(guān)的工作周期，F(xiàn)為控制開關(guān)的工作頻率，n為開關(guān)電源次級(jí)線圈N3繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比。

同理，（1-143）、（1-144）、（1-145）式的計(jì)算結(jié)果，只給出了計(jì)算推挽式變壓器開關(guān)電源儲(chǔ)能濾波電感L的中間值，或平均值，對(duì)于極端情況可以在平均值的計(jì)算結(jié)果上再乘以一個(gè)大于1的系數(shù)。