半桥电路的工作原理及应用
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半桥电路的工作原理及应用
CP-HW开发部 贾志涛 2006.09. 10
主要内容
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
二、半桥电路中应该注意的几点问题 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
2 Emerson Confidential
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
半桥电路的基本拓扑：
电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器 T1的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时C1=C2，那么当某一 开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。
16 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥电路与双正激电路相比,主要的优点有: A、在功率管开关频率相同的情况下,输出滤波电感 上的频率提高了一倍 , 从而减小了滤波电感的体积 。 B、一般工作状态下，由于存在一个桥臂两管都截 止的状态，因此当MOS管关断时，其DS电压将先 上升到二分之一母排电压处，然后等另外一个管 子开通时才继续上升到母排电压。因此稳态下 MOS管电压尖峰相对双正激来说很小，因此MOS 管不需要加吸收电路，同时对变压器的漏感要求 也不是非常严格。
用作桥臂的两个电容选用问题：
从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电 容C1、C2时需要考虑电容的均压问题，尽量 选用C1=C2的电容，那么当某一开关管导通 时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达 到均压效果，一般情况下，还要在两个电容 两端各并联一个电阻（原理图中的R1和R2） 并且 R1=R2 进一步满足要求，此时在选择阻 值和功率时需要注意降额。此时，电容C1、 C2的作用就是用来自动平衡每个开关管的伏 秒值，（与C3的区别：C3是滤去影响伏秒平 衡的直流分量）。
半桥电路的驱动问题： 1、原边线圈过负载限制：要给原边的功率管提 供独立的电流限制； 2、软启动：启动时，要限制脉宽，使得脉宽在 启动的最初若干个周期中慢慢上升； 3、磁的控制：控制晶体管驱动脉冲宽度相等， 要使正反磁通相等，不产生偏磁； 4、防止直通：要控制占空比上限缩小； 5：电压的控制和隔离：电路要闭环控制，隔离 可以是光电隔离器、变压器或磁放大器等； 6、过压保护：通常是封闭变换器的开关脉冲以 进行过压保护；
10 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
7、电流限制：电流限制安装在输入或输 出回路上，在发生短路时候起作用； 8、输入电压过低保护：规定只有在发挥 良好性能的足够高的电压下才能启动；
9、此外，还要有合适的辅助功能：如浪 涌电流限制和输出滤波环节等。
11 Emerson Confidential
5 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
解决办法：在变压器原边线圈中加一个串联电容 C3，则与不平衡的伏 秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉，这样在晶体管导通期间，就 会平衡电压的伏秒值，达到消除偏磁的目的。
6 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
8 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
副边为全波电路
副边为全桥电路
两个电路的选择主要是考虑以下几点： A、根据输出电压的高低，考虑管子的安全问题； B、功率损耗的问题，主要是开关管和副边绕组的损耗问题；
9 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
二、半桥电路中应该注意的几点问题
半桥电路的驱动特点： A、上下桥臂不共地，即原边电路的开关管不共地 。 B、隔离驱动。
12 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥拓扑开关管的稳态关断电压等于输 入电压，而不象推挽、单端正激那样为输入 电压的两倍。所以桥式电路拓扑广泛用于直 接电网的离线式变换器。而对推挽等拓扑来 说，两倍的电网整流电压将超过开关管的安 全耐压容限。因此，输入网压为220V或是更 好的场合几乎都是使用桥式拓扑。
15 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
在电路中既可以使用电解电容做桥臂也可以使用 金膜电容做桥臂：使用金膜电容做桥臂相对电解电 容有几个好处： a：可以不用考虑两个桥臂电容的分压问题。因为 金膜电容电压可以做的比较高，一般对母线电压为 400多伏的情况，使用两个630V的金膜电容串联，其 电压降额余量相当大。 b：不用考虑安规的问题。金膜电容即使损坏，也 没有电解电容漏液和爆炸的问题。 c：使用金膜电容还有一个好处是可以ຫໍສະໝຸດ Baidu省一个隔 直电容。由于容量一般比较小，当两对桥臂开通时 间出现不平衡时，桥臂上金膜电容的电压可以及时 自动进行调整，防止变压器饱和。
17 Emerson Confidential
谢谢！
18 Emerson Confidential
7 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
直通问题：
所谓直通，就是Q1、Q2在某一时刻同时导通的现象 ，此时会构成短路。 解决措施： A、可以对驱动脉冲宽度的最大值加以限制，使导通 角度不会产生直通。 B、还可以从拓扑上解决问题，才用交叉耦合封闭电 路，使一管子导通时，另一管子驱动在封闭状态， 直到前一个管子关断，封闭才取消，后管才有导通 的可能，这种自动封锁对存储时间、参数分布有自 动适应的优点，而且对占空比可以满度使用的。
13 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥电路原理图
分流器的作用，进行相应的限流保护。
14 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
SG3525芯片控制隔离变压器，隔离变压器在提供足够的驱动 电压给半桥电路中的开关供电，从而达到控制开关管的目的。
3 Emerson Confidential
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
电路的工作过程大致如下：
A、 Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压 为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。 B、 Q1关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由 于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态， 原边绕组也相当于短路状态。 C、 Q1关断，Q2开通。此时变压器两端所加的电压 也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副 边传递。副边两个二极管完成换流。
4 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
偏磁问题：
原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2 导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶 体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设 Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉 冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对 B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、 A2（下页）的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延 迟，如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会 发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体 管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使晶 体管失控，甚至烧毁。
CP-HW开发部 贾志涛 2006.09. 10
主要内容
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
二、半桥电路中应该注意的几点问题 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
2 Emerson Confidential
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
半桥电路的基本拓扑：
电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器 T1的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时C1=C2，那么当某一 开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。
16 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥电路与双正激电路相比,主要的优点有: A、在功率管开关频率相同的情况下,输出滤波电感 上的频率提高了一倍 , 从而减小了滤波电感的体积 。 B、一般工作状态下，由于存在一个桥臂两管都截 止的状态，因此当MOS管关断时，其DS电压将先 上升到二分之一母排电压处，然后等另外一个管 子开通时才继续上升到母排电压。因此稳态下 MOS管电压尖峰相对双正激来说很小，因此MOS 管不需要加吸收电路，同时对变压器的漏感要求 也不是非常严格。
用作桥臂的两个电容选用问题：
从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电 容C1、C2时需要考虑电容的均压问题，尽量 选用C1=C2的电容，那么当某一开关管导通 时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达 到均压效果，一般情况下，还要在两个电容 两端各并联一个电阻（原理图中的R1和R2） 并且 R1=R2 进一步满足要求，此时在选择阻 值和功率时需要注意降额。此时，电容C1、 C2的作用就是用来自动平衡每个开关管的伏 秒值，（与C3的区别：C3是滤去影响伏秒平 衡的直流分量）。
半桥电路的驱动问题： 1、原边线圈过负载限制：要给原边的功率管提 供独立的电流限制； 2、软启动：启动时，要限制脉宽，使得脉宽在 启动的最初若干个周期中慢慢上升； 3、磁的控制：控制晶体管驱动脉冲宽度相等， 要使正反磁通相等，不产生偏磁； 4、防止直通：要控制占空比上限缩小； 5：电压的控制和隔离：电路要闭环控制，隔离 可以是光电隔离器、变压器或磁放大器等； 6、过压保护：通常是封闭变换器的开关脉冲以 进行过压保护；
10 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
7、电流限制：电流限制安装在输入或输 出回路上，在发生短路时候起作用； 8、输入电压过低保护：规定只有在发挥 良好性能的足够高的电压下才能启动；
9、此外，还要有合适的辅助功能：如浪 涌电流限制和输出滤波环节等。
11 Emerson Confidential
5 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
解决办法：在变压器原边线圈中加一个串联电容 C3，则与不平衡的伏 秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉，这样在晶体管导通期间，就 会平衡电压的伏秒值，达到消除偏磁的目的。
6 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
8 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
副边为全波电路
副边为全桥电路
两个电路的选择主要是考虑以下几点： A、根据输出电压的高低，考虑管子的安全问题； B、功率损耗的问题，主要是开关管和副边绕组的损耗问题；
9 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
二、半桥电路中应该注意的几点问题
半桥电路的驱动特点： A、上下桥臂不共地，即原边电路的开关管不共地 。 B、隔离驱动。
12 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥拓扑开关管的稳态关断电压等于输 入电压，而不象推挽、单端正激那样为输入 电压的两倍。所以桥式电路拓扑广泛用于直 接电网的离线式变换器。而对推挽等拓扑来 说，两倍的电网整流电压将超过开关管的安 全耐压容限。因此，输入网压为220V或是更 好的场合几乎都是使用桥式拓扑。
15 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
在电路中既可以使用电解电容做桥臂也可以使用 金膜电容做桥臂：使用金膜电容做桥臂相对电解电 容有几个好处： a：可以不用考虑两个桥臂电容的分压问题。因为 金膜电容电压可以做的比较高，一般对母线电压为 400多伏的情况，使用两个630V的金膜电容串联，其 电压降额余量相当大。 b：不用考虑安规的问题。金膜电容即使损坏，也 没有电解电容漏液和爆炸的问题。 c：使用金膜电容还有一个好处是可以ຫໍສະໝຸດ Baidu省一个隔 直电容。由于容量一般比较小，当两对桥臂开通时 间出现不平衡时，桥臂上金膜电容的电压可以及时 自动进行调整，防止变压器饱和。
17 Emerson Confidential
谢谢！
18 Emerson Confidential
7 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
直通问题：
所谓直通，就是Q1、Q2在某一时刻同时导通的现象 ，此时会构成短路。 解决措施： A、可以对驱动脉冲宽度的最大值加以限制，使导通 角度不会产生直通。 B、还可以从拓扑上解决问题，才用交叉耦合封闭电 路，使一管子导通时，另一管子驱动在封闭状态， 直到前一个管子关断，封闭才取消，后管才有导通 的可能，这种自动封锁对存储时间、参数分布有自 动适应的优点，而且对占空比可以满度使用的。
13 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥电路原理图
分流器的作用，进行相应的限流保护。
14 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
SG3525芯片控制隔离变压器，隔离变压器在提供足够的驱动 电压给半桥电路中的开关供电，从而达到控制开关管的目的。
3 Emerson Confidential
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
电路的工作过程大致如下：
A、 Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压 为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。 B、 Q1关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由 于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态， 原边绕组也相当于短路状态。 C、 Q1关断，Q2开通。此时变压器两端所加的电压 也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副 边传递。副边两个二极管完成换流。
4 Emerson Confidential
二、半桥电路中应该注意的几点问题
偏磁问题：
原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2 导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶 体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设 Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉 冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对 B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、 A2（下页）的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延 迟，如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会 发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体 管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使晶 体管失控，甚至烧毁。