推挽直直变换器与桥式直直变换器
大功率DCDC变换器主电路拓扑有很多种
Uc3846详解大功率DC/DC变换器主电路拓扑有很多种，诸如双管正激式、推挽式、半桥式和全桥式等。
控制芯片的种类也非常多，主要分为电流控制型与电压控制型两大类。
电压控制型只对输出电压采样，作为反馈信号进行闭环控制，采用PWM技术调节输出电压，从控制理论的角度看，这是一种单环控制系统。
电流控制型是在电压控制型的基础上，增加一个电流负反馈环节，使其成为双环控制系统，从而提高了电源的性能。
根据对各种拓扑和控制方式的技术成熟程度，工程化实现难度，电气性能以及成本等指标的比较，本文选用半桥式DC/DC变换器作为主电路，电流型PWM控制芯片UC3846作为该系统的控制单元。
1 电压控制型脉宽调制器和电流控制型脉宽调制器[1]图1为电压控制型变换器的原理框图。
电源输出电压的采样反馈值Vf与参考电压Vr进行比较放大，得到误差信号Ve，它与锯齿波信号比较后，PWM比较器输出PWM控制信号，经驱动电路驱动开关管通断，产生高频方波电压，由高频变压器传输至副方，经整流滤波得到所需要的电压。
改变电压给定Vr，即可改变输出电压Vo。
图2为电流控制型变换器的原理框图。
恒频时钟脉冲置位R－S锁存器，输出高电平，开关管导通，变压器原边的电流线性增大，当电流在采样电阻Rs上的压降Vs达到Ve时，PWM比较器翻转，输出高电平，锁存器复位，驱动信号变低，开关管关断，直到下一个时钟脉冲使R－S锁存器置位。
电路就是这样逐个地检测和调节电流脉冲的。
当电源输入电压和/或负载发生变化时，两种控制类型的动态响应速度是不同的。
如果电压升高，则开关管的电流增长速度变快。
对电流控制型而言，只要电流脉冲一达到设定的幅值，脉宽比较器就动作，开关管关断，保证了输出电压的稳定。
对电压控制型而言，检测电路对电流的变化没有直接的反映，一直等到输出电压发生变化后才去调节脉宽，由于滤波电路的滞后效应，这种变化需要多个周期后才能表现出来，显然动态响应速度要慢得多，且输出电压的稳定性也受到一定的影响。
推挽直直变换器与桥式直直变换器
阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时
开关管和二极管中都有电流流过。
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Q1和Q2 导通小于180o工作 如果Q1和Q2导通时间减少，则输出电压为宽度小
于180o的方波，若输出端接电阻负载时，负载电 流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时， 若电感量为L，则电感电流iL波形为三角波，Q1 导通，电流上升；Q1关断，电感电流iL经D2续流 ，电流以斜率下降。D2续流，使Vin加在W12上，在 W2绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示 。如果Q1和Q2 导通时间分别大于T/4，则在感性 负载时，输出电压VO为180o的交变方波，不再受Q1 和Q2 导通时间的影响。
IpmaxW W12 I0(W W12)2
VinDy 4Lf fs
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14
因iDR1和iDR2就是流过变压器副边绕组的电流，若
不计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流 的最大值为：
ID R 1 m axID R 2m axID F W m axI0W W 1 24 L V ifnfsD y
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下图是推挽直流变换器的主要波形。在Q1或Q2导通期间，
变压器副边绕组中感应电势为vw2，电压脉冲宽度决定于Q1
或Q2的导通时间ton，幅值为
W W
2 1
V
in
，为一交流电。该电压经
整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续
时为三角波，图中给出了流过DR1、DR2和DFW的电流波形。
流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管 电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载 电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。
精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。
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直直变换器
ILmax ILmin ILmax ILmin ILmax t ILmin t t
+
uL
-
-
（b）工作状态2（S断开） 图5.18 升降压型电路电感电流 连续时的工作状态
16
图5.19 升降压型电路电 感电流连续时的工作波形
电力电子技术（第二版）
5.2.3 升降压（Buck-Boost）型直直变换器 ug 2. 电感电流临界连续 T
图5.8 降压型电路电流连续与断续临界状态时的工作波形
9
5.2.1 降压（Buck）型直直变换器 3. 电感电流断续工作模式 u T
g
电力电子技术（第二版）
当电流断续时，该电路在1个 开关周期内经历3个工作状态
is S us iL L uL
s
ton 0 t us 0 0 uL Ui-Uo Uo t1 Ui
5.2.1 降压（Buck）型直直变换器 2. 电感电流临界连续
降压型直直变换器电 路的电感电流处于连 续与断续的临界状态 时，在每个开关周期 开始和结束的时刻， 电感电流正好为零。
临界电流 平均值
I oK 1 D 2L U oT s
ug Ts ton 0 t us 0 0 uL Ui-Uo iL Io is iD 0 IDmax t Uo ILmax t Ismax t t1 Ui t t toff t2 t
（a）
Ui
L iL S
uL
+
us
-
ic C
io + R Uo
+
-
D iD
-
（b）
Ui
L iL
uL
+
+
us
推挽式变压器
推挽全桥双向直流变换器的研究1 引言随着环境污染的日益严重和新能源的开发，双向直流变换器得到了越来越广泛的应用，像直流不停电电源系统，航天电源系统、电动汽车等场合都应用到了双向直流变换器。
越来越多的双向直流变换器拓扑也被提出，不隔离的双向直流变换器有Bi Buck/Boost、Bi Buck-Boost、Bi Cuk、 Bi Sepic-Zeta；隔离式的双向直流变换器有正激、反激、推挽和桥式等拓扑结构。
不同的拓扑对应于不同的应用场合，各有其优缺点。
推挽全桥双向直流变换器是由全桥拓扑加全波整流演变而来。
推挽侧为电流型，输入由蓄电池供给，全桥侧为电压型，输入接在直流高压母线上。
此双向直流变换器拓扑适用在电压传输比较大、传输功率较高的场合。
本文分析了推挽全桥双向直流变换器的工作原理，通过两种工作模式的分析，理论上证明了此拓扑实现能量双向流动的可行性，并对推挽侧开关管上电压尖峰形成原因进行了分析，提出了解决方法，在文章的最后给出了仿真波形和实验波形。
2工作原理图1为推挽全桥双向DC/DC变换器原理图。
图2给出了该变换器的主要波形。
变换器原副边的电气隔离是通过变压器来实现的，原边为电流型推挽电路，副边为全桥电路，该变换器有两种工作模式：（1）升压模式：在这种工作模式下S1 、S2 作为开关管工作； S3，S4 ，S5 ，S6 作为同步整流管工作，整流方式为全桥整流，这种整流方式适用于输出电压比较高，输出电流比较小的场合。
由于电感L 的存在 S1、S2 的占空比必须大于0.5。
（2）降压模式：在这种工作模式下 S3， S4， S5，S6 作为开关管工作，S1 、S2 作为同步整流管工作，整流方式为全波整流。
分析前，作出如下假设：所有开关管、二极管均为理想器件；所有电感、电容、变压器均为理想元件；，；2.1升压工作模式在升压工作模式下，原边输入为电流型推挽电路，副边输出为全桥整流电路。
S1 ，S2 作为开关管工作，S3 ， S4， S5，S6 作为同步整流管工作。
开关电源：单管自激,反激,推挽,半桥,全桥
3 脚为误差放大器 A1、A2 输出端。集成电路内部用于控制 PWM 比较器的同相输入， 当 A1、A2 任一输出电压升高时，控制 PWM 比较器的输出脉宽减小。同时，该输出端还引 出端外，以便与 2、15 脚间接入 RC 频率校正电路和直流负反馈电路，稳定误差放大器的增 益以及防止其高频自激。3 脚电压反比于输出脉宽，也可利用该端功能实现高电平保护。 4 脚为死区时间控制端。当外加 1V 以下的电压时，死区时间与外加电压成正比。如果 电压超过 1V，内部比较器将关断触发器的输出脉冲，起到保护作用。 5 脚为锯齿波振荡器外接定时电容端。 6 脚为锯齿波振荡器外接定时电阻端。 7 脚为共地端。 8、11 脚为两路驱动放大器 NPN 管的集电极开路输出端。当通过外接负载电阻引出输 出脉冲时，为两路时序不同的倒相输出，脉冲极性为负极性，适合驱动 P 型双极型开关管 或 P 沟道 MOS FET 管。此时两管发射极接共地。 9、10 脚为两路驱动放大器的发射极开路输出端，也是对应的脉冲参考地端。 12 脚为 Vcc、输入端。供电范围适应 8～40V。 13 脚为输出模式控制端。 外接 5V 高电平时为双端图腾柱式输出， 用以驱动各种推挽开 关电路。接地时为两路同相位驱动脉冲输出，8、11 脚和 9、10 脚可直接并联。双端输出时 最大驱动电流为 2×200mA，并联运用时最大驱动电流为 400mA。 14 脚为内部基准电压精密稳压电路端。输出 5V±0.25V 的基准电压，最大负载电流为 10mA。用于误差检出基准电压和控制模式的控制电压。 15 脚为内部 2#误差放大器的反向输入端 IN2-。 16 脚为内部 2#误差放大器的同向输入端 IN2+。 RT 取值范围 1.8～500kΩ，CT 取值范围 4700pF～10μF，最高振荡频率 fOSC≤300KHz。 TL494 在工作时， 通过 5、 6 脚分别接定时元件 CT 和 RT。 经相应的门电路去控制 TL494 内部的两个驱动三极管交替导通和截止，通过 8 脚和 11 脚向外输出相位相差 180°的脉宽调 制控制脉冲。工作波形如图 3-3 所示。TL494 若将 13 脚与 14 脚相连．可形成推挽式工作； 若将 13 脚与 7 脚相连．可形成单端输出方式。为增大输出可将 2 个三极管并联[7]。
第4部分直流直流变换器知识讲解
在负载电流较小的情况下，在uco<utri，负载电流经 VDB+和VDA-续流，uo= -Ud，续流过程中，电流会下降 为0，VDB+和VDA-断开，则VTB+和VTA-导通，故直流 输入电源Ud经过VTB+、负载和VTA-构成电流回路，电 流变负。当uco>utri，控制信号使VTB+和VTA-断开，触 发VTA+和VTB-，由于电感电流不能突变，因此负载电 流经VDA+和VDB-续流，使VTA+和VTB-不能导通， uo=Ud，同时电流上升，直至电流上升到0，VDA+和 VDB-断开，VTA+和VTB-导通，由此循环往复周期性的 工作。
4.3 降压变换器
降压变换器也称为Buck变换器，正如名字所定义的， 降压变换器的输出电压Uo低于输入电压Ud。
在实际应用中，有如下问题： 1．实际的负载应该是感性的。即使是阻性负载，也总有
线路电感，电感电流不能突变，因此，图4-1的电路可 能由于电感上的感应电压毁坏开关管。采用图4-3的电 路，则电感中储存的电能可以通过二极管续流释放给 负载； 2．在大多数应用中需要的是平稳的直流电压。而图4-1 的电路输出电压在0和Ud间变化。采用由电感和电容组 成的低通滤波器可以得到平稳的输出电压。
全桥式变换器有两种PWM的控制方式：
1．双极性PWM控制方式。在该控制方式下，图4-25中 的(VTA+，VTB-)和(VTA-，VTB+)被当作两对开关管，每 对开关管都是同时导通或断开的。
2．单极性PWM控制方式。在该控制方式下，每个桥臂 的开关管是单独控制的。
与前面几节讨论过的开关变换器不同，全桥式直流-直 流变换器的输出电流在负载低的时候，也没有电流断 续模式。
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计1.引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。
随着电源技术的发展，低电压，大电流的开关电源因其技术含量高，应用广，越来越受到人们重视。
在开关电源中，正激式和反激式有电路拓扑结构简单，输入输出电气隔离等优点，广泛应用于中小功率电源变换场合。
与正、反激式相比，推挽式变换器变压器利用率高，输出功率较大，而且由于使用MOS管,基本不存在励磁不平衡的现象。
因此，一般认为推挽式变换器适用于低压，大电流，功率较大的场合。
2.基本推挽变换技术推挽式直直变换器的电路结构如图1（a）所示,波形如图1(b）所示。
推挽式逆变器将直流电压变换为交流方波加在高频变压器的原边，在隔离变压器的副边只有一个二极管压降。
当开关管S1 导通时，二极管D1 承受正压而导通，而D2 由于反向偏置而截止；因此，3 电路的设计3.1 主电路的设计开关电源的主电路拓扑结构如图2所示，详细参数如下：输入电压为12(1±10％)V，输出电压为24V，输出电流为12A，工作频率为33kHz。
主电路采用的是推挽型电路，主开关管用的是IRFP064N,在主电路上输入端有两个1000uF／50V并联的输入滤波电容,在输入的电路的正级接有一个2.2uH的输入滤波电感（电感取值与输出滤波电感一样）。
电路中变压器的设计跟一般变换器所用变压器设计类似，只需注意绕线方式和铜线选择，由于本变换器的电流过大，故采用多股细线并绕的方式。
反激式正激式推挽式半桥式全桥式开关电源优缺点
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源优缺点反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点最近查了很多关于开关电源的资料，现在总结如下，以便日后的查阅，呵呵。
由于博文有字数的限制故分两部分发表，本文为第一部分为了表征各种电压或电流波形的好坏，一般都是拿电压或电流的幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较。
在开关电源之中，电压或电流的幅值和平均值最直观，因此，我们用电压或电流的幅值与其平均值之比，称为脉动系数S ；也有人用电压或电流的有效值与其平均值之比，称为波形系数K 。
因此，电压和电流的脉动系数Sv 、Si 以及波形系数Kv 、Ki 分别表示为：Sv = Up/Ua ——电压脉动系数（1-84 ）Si = Im/Ia ——电流脉动系数（1-85 ）Kv =Ud/Ua ——电压波形系数（1-86 ）Ki = Id/Ia ——电流波形系数（1-87 ）上面 4 式中，Sv 、Si 、Kv 、Ki 分别表示：电压和电流的脉动系数S ，和电压和电流的波形系数K ，在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S 或K 。
脉动系数S 和波形系数K 都是表征电压或者电流好坏的指标，S 和K 的值，显然是越小越好。
S 和K 的值越小，表示输出电压和电流越稳定，电压和电流的纹波也越小。
反激式开关电源的优点和缺点1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5 时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。
即电压脉动系数等于2 ，电流脉动系数等于 4 。
反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。
UPS中的直流变换器和半桥逆变器及单相全桥逆变器的详细介绍
UPS中的直流变换器和半桥逆变器及单相全桥逆变器的详细介绍逆变器在电路中常被使用，本文中，小编将对UPS中的逆变器予以介绍。
本文介绍内容包括直流变换器、半桥逆变器、单相全桥逆变器以及三相全桥逆变器等知识，如果你对逆变器相关内容具有兴趣，不妨在本文下述内容中进行探索哦。
一、直流变换器直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS 中，它分为自激式和它激式两种。
1、自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器图1（a）所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1（b）所示的波形UN。
UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中阴影部分除外）。
自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。
由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。
该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压Ub1=Ub2=0，（1）所示二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得I1-I2=ΔI≠0，（2）这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。
电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1（b）t1所示。
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点反激式开关电源的优点和缺点反激变换器01反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。
即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。
反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。
由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。
02反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期事，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。
有时，当负载电流变化的频率和相位与取样、调宽控制电路输出的电压的延时特性在相位保持一致的时候，反激式开关电源输出电压可能会产生抖动，这种情况在电视机的开关电源中最容易出现。
03反激式开关电源变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。
反激式开关电源变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，一方面是为了防止变压器的铁芯因流过变压器的初级线圈的电流过大，容易产生磁饱和。
另一方面是因为变压器的输出功率小，需要通过调整电压器的气隙和初级线圈的匝数，来调整变压器初级线圈的电感量的大小。
推挽全桥半桥变换器21页PPT
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
推挽全桥半桥变换器4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只
推挽直直变换器与桥式直直变换器
❖ 电感电流连续时输出电压与输入电压之间的关系为：
❖ 可以看出，若输入是恒定的没有纹波，则输出同样也是恒
定的没有纹波。对于多路输出的开关电源来说，这一点是
特别重要的。这也是为什么把降低输出电压纹波的重点和
精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。
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推挽变换器各点主要波形
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14
❖ Q成1电和能Q从2的原交边替到开副关边，的使传变递压。器由铁于芯电交路替不磁可化能与完去全磁对，称完， 例时如间Q可1能和不Q同2导，通会时在的变通压态器压原降边可的能高不频同交，流或电两压管上的叠开加通一 个数值较小的直流电压，这就是所谓的直流偏磁。由于原 边绕组电阻很小，即使是一个较小的直流偏磁电压，如果 作用时间太长，也会使变压器铁芯单方向饱和，引起大的 磁化电流，导致器件损坏。
Contents
1
推挽直直变换器
2
半桥式直直变换器
3
全桥式直直变换器
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1
推挽式DC-DC变换器（PUSH-PULL）
Vi n
Tr
DR1
Q1
D1
W
11
* W21
*
* W22
DR2
W
12
*
Lf
DFW
C
f
VO
Q
2
D2
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推挽式DC-DC变换器主电路
2
推挽式DC-DC变换器（PUSH-PULL）
❖ 推挽式变换器存在着以下方面缺点：①容易发生偏磁，②
6
❖ 输出端接电阻负载时，负载电流波形和电压波形
相同；输出端接电感负载时，若电感量为L，则电
第5章直直变换器
前端变换器
DC48V
中间总线变换器
DC12/8/5V
Emerson产品
POL1
3.3V
POL2
2.1V
POLn
1.5V
5.2.2 升压型直直变换器（BOOST Converter)
BOOST升压型直直变换器是一种基本的非隔离DC/DC变换器，通 称为BOOST变换器，该电路的输出电压永远高于输入电压。电路结构如 下图：
PWM控制信号的形成过程
信号波形的比较
二、（电感电流断续模式）工作原理与推导
iL
+
S
Ua
2
1
L
2
+
+
Ud
-
uL
-
工作状态1（S接通）
Uo
Ug
1
D
C RL
-
工作状态2（S断开）
工作状态3（电感电流为零）
当电流断续时，该电路在1个开关周期内经历3个工作状态
1、电感电流断续时电路的周期工作过程分析 工作状态1（t0～t1时段）：开关S于t0时刻接通，并 保持通态直到t1时刻，在这一阶段，由于Ui>U。，故电感 L的电流不断增长。二极管D处于断态。 工作状态2（t1～t2时段）：开关S于t1时刻断开，二 极管D导通，电感通过D续流，电感电流不断减小。
-
uL U o
C RL
-
Uo
（a）
（ b）
Ug
（c）
Ua Ud
Ua Ua 0 uL U o
Uo L
1. S导通模式（Ton时段）
等效电路如b图所示，此时Ua等于Ud, D截止， uL Ud-Uo，电感电流 线性上升， iL 电感电压 等于 电感储能。
全桥,半桥,推挽,正激,反激的优缺点比较及应用场合分析
全桥,半桥,推挽,正激,反激的优缺点比较及应用场合分析优缺点比较一、全桥式开关电源的优点和缺点1、全桥式变压器开关电源输出功率很大,工作效率很高全桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样,由于两组开关器件轮流交替工作,相当于两个开关电源同时输出功率,其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。
因此,全桥式变压器开关电源输出功率很大,工作效率很高,经桥式整流或全波整流后,其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小,仅需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感,就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。
2、全桥式开关电源的优点是开关管的耐压值特别的低全桥式变压器开关电源最大的优点是,对4个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。
因为,全桥式变压器开关电源4个开关器件分成两组,工作时2个开关器件互相串联,关断时,每个开关器件所承受的电压,只有单个开关器件所承受电压的一半。
其最高耐压等于工作电压与反电动势之和的一半,这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半。
3、全桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合在输入电压很高的情况下,采用全桥式变压器开关电源,其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多。
因此,一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是使用全桥式变压器开关电源。
而在输入电压较低的情况下,推挽式变压器开关电源的输出功率又要比全桥式变压器开关电源的输出功率大很多。
4、全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率低一些因为2组开关器件互相串联,两个开关器件接通时总的电压降要比单个开关器件接通时的电压降大一倍;但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。
因此,全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。
5、与半桥式开关电源一样,全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组,这也是它的优点,这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。
几种常见的开关电源拓扑结构及应用
几种常见的开关电源拓扑结构及应用什么是拓扑呢?所谓电路拓扑就是功率器件和电磁元件在电路中的连接方式，而磁性元件设计，闭环补偿电路设计及其他所有电路元件设计都取决于拓扑。
最基本的拓扑是Buck(降压式)、Boost(升压式)和Buck/Boost(升/降压)，单端反激(隔离反激)，正激、推挽、半桥和全桥变化器。
下面简单介绍一下常用的开关电源拓扑结构。
Buck电路首先我们要讲的就是Buck电路。
Buck电路也成为降压(step-down)变换器。
它的电路图是下面这样的：晶体管，二极管，电感，电容和负载构成了主回路，下方的控制回路一般采用PWM(脉冲宽度调制)芯片控制占空比决定晶体管的通断。
Buck电路的功能是把直流电压Ui转换成直流电压Uo，实现降压目的。
展开剩余88%反激变换器反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源，与之对应的有正激式开关电源。
反激(FLY BACK)，具体是指当开关管接通时，输出变压器充当电感，电能转化为磁能，此时输出回路无电流;相反，当开关管关断时，输出变压器释放能量，磁能转化为电能，输出回来中有电流。
反激式开关电源中，输出变压器同时充当储能电感，整个电源体积小、结构简单，所以得到广泛应用。
应用最多的是单端反激式开关电源。
优点：元器件少、电路简单、成本低、体积小，可同时输出多路互相隔离的电压;缺点：开关管承受电压高，输出变压器利用率低，不适合做大功率电源。
Boost电路Boost(升压)电路是最基本的反激变换器。
Boost变换器又称为升压变换器、并联开关电路、三端开关型升压稳压器。
上面的图就是Boost电路图。
Boost电路是一个升压电路，它的输出电压高于输入电压。
Buck/Boost变换器Buck/Boost变换器：也叫做升降压式变换器，是一种输出电压既可低于也可高于输入电压的单管不隔离直流变换器，但它的输出电压的极性与输入电压相反。
Buck/Boost变换器可以看做是Buck变换器和Boost变换器串联而成，合并了开关管。
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因iDR1和iDR2就是流过变压器副边绕组的电流，若 不计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流 的最大值为：
流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管 电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载 电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。 如果断开续流管DFW,该变压器的主要波形如图525a所示。当Q1和Q2关断时，本应流过DFW的电流现 在改为通过DR1、DR2，两者电流大小相同，这样变 压器副边绕组的合成磁势才为零。
vW 21 ( vW 22 )
W2 Vin W1
t
v 1
iLf
t t t
W2 Vin W1
iLf
iDR1
iDR 2
iDR1
iDR 2
a
t
Q2
iDFW
b
(a) 无续流二极管
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Q1
(b) 有续流二极管
t
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开关管Q1和Q2上的电压： 整流管DR1和DR2上电压为 续流二极管DFW上的电压为： 电感电流的平均值就是负载电流。由于Q1和Q2轮流导通 ，故的脉动频率为开关频率的二倍，通过DR1、DR2和DFW 的电流的最大值为：
可以看出，若输入是恒定的没有纹波，则输出同样也是恒 定的没有纹波。对于多路输出的开关电源来说，这一点是 特别重要的。这也是为什么把降低输出电压纹波的重点和 精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。
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推挽变换器各点主要波形
Q1 Q2
a
t
Q2
t
vW 21 ( vW 22 )
Q1
t t t t t t t
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高速电机 实验室
推挽直直变换器 与桥式直直变换器
主讲人：杨艳 2010.11.25
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Contents
1 2 3
推挽直直变换器
半桥式直直变换器 全桥式直直变换器
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推挽式DC-DC变换器（PUSH-PULL）
Vin
Tr Q1 D1 W DR1 Lf
11
*
W
12
* W2 1 * W2 2
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Vin
Tr Q1 D1 W DR1 Lf
11
*
W
12
* W2 1 * W2 2
DR2 D FW C
f
VO
*
Q
2
D2
推挽式DC-DC变换器主电路
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推挽DC-DC变换器 推挽式DC-DC变换器的主电路中，整流二极管DR1和DR2 的左侧是逆变电路，右侧是整流、滤波电路。 输出整流电路有三种基本类型：全波整流电路、全桥整 流电路和倍流整流电路。全波整流电路适用于输出电压 较低的场合，可以减小整流电路中的通态损耗，全桥整 流电路适用于输出电压较高的场合，可以降低整流管的 电压额定值。图中为全波整流电路，Lf是输出滤波电感 ，Cf是输出滤波电容。推挽直流变换器可看成是两个 Forword变换器的组合，这两个Forword变换器的开关管 轮流导通，故变压器铁芯是交变磁化的。全波整流电路 变压器副边有两个绕组，他们的匝数相等，图中还接有 续流管DFW，但也可不接。
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Q1和Q2 导通小于180o工作 如果Q1和Q2导通时间减少，则输出电压为宽度小 于180o的方波，若输出端接电阻负载时，负载电 流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时， 若电感量为L，则电感电流iL波形为三角波，Q1 导通，电流上升；Q1关断，电感电流iL经D2续流 ，电流以斜率下降。D2续流，使Vin加在W12上，在 W2绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示 。如果Q1和Q2 导通时间分别大于T/4，则在感性 负载时，输出电压VO为180o的交变方波，不再受Q1 和Q2 导通时间的影响。
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Vin
Tr
Q1
D1
W
11
*
W
12
*
W2
vo
*
Q
2
D2
推挽式逆变器主电路
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推挽式（PUSH-PULL）逆变器主要波形
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推挽式（PUSH-PULL）逆变器主要波形
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输出端接电阻负载时，负载电流波形和电压波形 相同；输出端接电感负载时，若电感量为L，则电 感电流iL波形为三角波，电流以VO/L斜率上升， 也以VO/L斜率下降。电流最大值为 ，fs为 逆变器开关频率。 （ ）期间，Q1导通，输出电压VO为正，iL为正 ，电源能量向负载传送；（ ）期间， iL为正 ，VO变负，负载向电源回馈能量，此时D2续流； （ ）期间，Q2导通，iL变负， VO为负，电源能 量向负载传送；（ ）期间，iL为负，VO为正， 负载向电源回馈能量，此时D1续流。显然，纯电 阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时 开关管和二极管中都有电流流过。
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下图是推挽直流变换器的主要波形。在Q1或Q2导通期间， 变压器副边绕组中感应电势为vw2，电压脉冲宽度决定于Q1 或Q2的导通时间ton，幅值为 ，为一交流电。该电压经 整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续 时为三角波，图中给出了流过DR1、DR2和DFW的电流波形。 设Q1或Q2的导通时间为ton，则 电感电流连续时输出电压与输入电压之间的关系为：
DR2 D FW C
f
VO
*
Q
2
D2
推挽式DC-DC变换器主电路
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推挽式DC-DC变换器（PUSH-PULL）
推挽式（PUSH-PULL）DC-DC变换器由推挽逆变器和输出整流 滤波电路构成，因此推挽DC-DC变换器是属于DC-AC-DC变换器 。变压器两个原边绕组匝数相等为W11=W12=W1,副边绕组匝数 为W2 。 1)推挽逆变器 Q1和Q2 180o互补导通工作 180o互补导通工作时的波形。当Q1导通时，电源电压Vin加在 W11上，当Q2导通时，电源电压Vin加在W12上，因此绕组W2中的 电势为一个宽度为180o的交变方波，幅值为 。 Q1关断时，它的集电极和发射极之间电压为 同理，Q2关断时，它的集电极和发射极之间电压为
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Q1和Q2的交替开关，使变压器铁芯交替磁化与去磁，完成 电能从原边到副边的传递。由于电路不可能完全对称，例 如Q1和Q2导通时的通态压降可能不同，或两管的开通时间 可能不同，会在变压器原边的高频交流电压上叠加一个数 值较小的直流电压，这就是所谓的直流偏磁。由于原边绕 组电阻很小，即使是一个较小的直流偏磁电压，如果作用 时间太长，也会使变压器铁芯单方向饱和，引起大的磁化 电流，导致器件损坏。 推挽式变换器存在着以下方面缺点：①容易发生偏磁，② 功率开关的耐压至少是输入电压的二倍，考虑最坏情况下 的安全设计，例如输入电压波动±10%；由于变压器漏感 影响在截止瞬间产生的电压尖刺一般限制在输入电压的 ±20%；实际应用中电压额定值留取20%的余量；则功率开 关的耐压至少为 倍，在直接使用交流电网 供电的情况下（220/380V交流，对应直流310/530V左右） 几乎很难找到合适的功率管。因而实际应用较少，只用在 输入电压较低的场合。