半桥式电路构造

4. 4.1  简介

  半桥式开关电源属于双激式开关电源，从原理上来说，它也属于推挽式开关电源，它是多种推挽式开关电源家庭成员之一。在半桥式开关电源中，两个控制开关管s1和s2轮番交替工作，开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因而，其输出电流得霎时响应速度很高，电压的输出特性也很好，其主要优点开关管关断时的接受电压为U_DC，而不像推挽拓扑或单端正激式变换器那样为2U_DC。因而，该拓扑在网压为220V的市场设备中得到了普遍应用。在半桥式电路构造中能够采用价钱较低的双极型晶体管和场效应管，它们能接受336V的开路电压（即便思索15%的裕量，接受电压也在范围之内）。由于半桥式开关电源的两个开关器件的工作电压只要输入电压的一半，所以它比拟适用于工作电压比拟高的场所。

4.4，2  电路构造及工作原理

半桥式电路的原理如图4-7所示。

图中，C1和C2上的电压相等，而且等于输入电压的一半，即U_i/2。需求留意的

是，两个开关管的发射极是不连在一同的，因而，它们的基极驱动电路之间需求隔开，不能连任—起。

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工作过程如下。

s₁与s₂交替导通，使变压器初级构成幅值为U_i/2的交流电压改动并开管的占空比，就能够改动次级整流电压u_d的均匀值，也就改动了输出电压u_o。

    当s₁导通时，二极管VD₁处于通态；当S₂导通时，二极管VD₂处于通态；当两个开关管都关断时，变压器绕组N₁中的电流为零，VD₁和VD₂都处于通态，各分担一半的电流。

    当s₁或S₂导通时，电感L，的电流逐步上升；当两个开关管都关断时，电感L的电流逐步降落。s₁和S₂送断时接受的峰值电压均为U_i。

    由于电容的隔直作用，半桥式电路对由于两个开关管导通时间不对称而产生的变压器初级电压的直流重量看自动均衡作用，所以不容易发作变压器的偏磁和直流磁饱和。当滤波电感L的电流连续时，有
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    假如输出电感电流不连续，输出电压U_o将大于式(4-24)的计算值，并随负载减小而增大。在负载为零的极限状况下，有
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    实践应用时，会在s₁和s₂上并联两个二极管VD₁，和VD₂，这两个二极管称为换向二极管。它有以下两个作用。

    (1)半桥式DC - DC变换器在运转过程中，假如负载忽然开路，变压器的漏感和散布参数构成自激振荡，有可能在开关管两端产生霎时过压，使其反向击穿损坏 ，参加换向二极管后，两电极间电位最多只能高出0.7V左右，这样就避免开关管因反导游通而损坏。

    (2)当升关管刚截止时，换向二极管能将开关管导通时的变乐器漏输入电源，同时还能消弭漏感构成的尖蜂电压。

4.4.3  电路关键节点波形

    半桥式电路的理想化波形如图4-8所示。
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4.4，4  主要参数的计算办法

1.储能滤波电感的计算

    两个开关管S_l、S₂的占空比必需小于0.5，开关电源才干正常工作；当请求输出电压可调范围为最大时，占空比的取值最好为0.25。当两个开关管s₁、s₂的占空比取值均为0.25时，有

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式中，Ui为半桥式开关电源的输入电压；U。为半桥式开关电源的输出电压；T为开关管的工作周期；F为开关管的工作频率；n为开关电源次级线圈N₂绕组与初级线罔N₁绕组的匝数比。

2．储能滤波电容的计算

当两个开关管S₁、S₂的占空比取值均为0.25时，有

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式中，I_o是流过负载的电流；T为开关管S₁、S₂的工作周期；△U_p-p为输出电压的波纹电压，它普通都取峰—峰值，因而其值正好等于电容充电或放电时的电压增量，即△U_p-p=2△U_C.

3．变压器初级线圈匝数的计算
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式中，N1为变压器初级线圈绕组的匝数；s为变压器铁芯的导磁面积（单位为平方厘米）；Bm为变压器铁芯的最大磁感应强度（单位为高斯）；U_ab为加到变压器初级线圈N₁绕组两端的电压，uab=2i,u为开关电源的工作电压，单位为V；T=T_on开关管的接通时间，筒称脉冲宽度，或开关管导通时间的宽度（单位为秒）。

4．变压器初、次级线圈匝数比的计算
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式中，N₁为变压器初级线圈绕组的匝数；N₂为变压器次级线圈的匝数；u。为输出电压的有效值；u_i为直流输入电压；U_Pu为输出电压的半波均匀值。

5．抗不均衡电容值的计算

    固然半桥式开关电源电路本身具有抗不均衡的才能，但在实践应用电路中，通常在高频变压器的初级电路中串入一个容量足够大的电容c，其作用是进一步加强电路的抗不均衡才能，避免由于开关管的特性差别而形成变压器铁芯饱和。

    电容C可用下式计算：
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式中，△Uc为c两端的电压变化量，普通取5%-10%的U_i。

4.4.5  半桥式电路的优、缺陷

1．优点

(l)高频变压器的应用率比单端正、反激式高。

（2）截止开关极间接受的电压低。

(3)抗不均衡才能强。

2．缺陷

    (1)加到高频变压器初级绕组上的电压是电容c₁和c₂两端电压的和，当c₁和c₂经变压器初级放电时，其电压要逐步减小，因而输出脉冲电压的顶部呈倾斜状态。

    （2）和推挽式电路相比拟，输出功率MOS较小。

    在半桥式开关电源中，当开关管s₁（或s₂）导通时，加在变压器初级绕组上的电压是电容c₁（或c₂）两端的电压。在电路中，若由于开关管s₁和s₂的特性不分歧，招致开关管s₁的导通时间比开关管s₂的长，则电容c₁两端的均匀电压就会比电容c₂两端低。因

此，s₁导通只寸，加在变压器初级绕组两端的电压幅值就会比S₂导通时的要低，从而可以使加到变压器初级绕组两端的正、负方波的伏，秒积分一直维持相等。因而，这种电路的抗不均衡才能是比拟强的。