全橋推挽變換器技術(shù)特點

橋式變換器

 全橋推挽變換器需要四個功率晶體管以及附加的驅(qū)動元件，這使該變換器的成本比反激或半橋變換器的更高，故通常在高功率應(yīng)用場合才使用這種變換器。

該技術(shù)有許多有用的特點，特別是其主變壓器只需要一個原邊繞組，這使兩個方向都承受全充電器電壓。這樣當(dāng)輸出使用全波整流時，變壓器磁心和繞組具有極好的利用率，使高效率變壓器的設(shè)計成為可能。

第二個優(yōu)點是功率開關(guān)在非常好的環(huán)境下工作。任何條件下較大電壓應(yīng)力都不超過充電器電壓。四個能量恢復(fù)二極管的正向鉗位作用消除了通常由漏感引起的任何瞬間電壓。

該電路的缺點是需要四個開關(guān)晶體管，由于兩個晶體管串聯(lián)工作，有效飽和導(dǎo)通時的功率損耗稍大于使用兩個晶體管推挽的情況。可是在高電壓離線開關(guān)系統(tǒng)中，這些損耗較小，是可以接受的。

較后，該電路經(jīng)四個恢復(fù)二極管提供反激能量恢復(fù)，不需要任何能量恢復(fù)繞組。

階梯形飽和

加在變壓器上的正向和反向伏秒條件不可避免地有些不平衡。這可能是由于晶體管儲存時間的差異或輸出整流器二極管正向電壓的不平衡引起的。隨著工作周期的進行，這種不平衡會引起變壓器磁心中磁通密度的階梯形飽和。

關(guān)斷期間磁心不會恢復(fù)，這是因為在該期間由于L1的強迫作用（負(fù)載電流大于L1的臨界電流），二極管D5和D6都導(dǎo)通，它們的鉗位作用使副邊短路。

磁心達(dá)到飽和時，有一個補償作用出現(xiàn)，晶體管在飽和周期的導(dǎo)通電流較大，由于其儲存時間減少，所以將在一定程度上恢復(fù)平衡。可是晶體管的工作仍存在問題，這個問題將在后續(xù)章節(jié)中討論。

瞬間飽和影響

假設(shè)手機充電器已在輕載條件下工作了一段時間，階梯形飽和已經(jīng)出現(xiàn)，一對晶體管正工作于飽和點附近。如果突加負(fù)載，控制電路會迅速增加脈寬以補償損耗和增加流過L中的電流。磁心立刻向一個方向飽和，一對晶體管將承受過電流，可能造成災(zāi)難性的后果。

如果功率晶體管具有獨立的快動作限流，則在過電流流通前就會終止導(dǎo)通脈沖，避免元件損壞。這不是理想的解決方案，因為這種方法降低了瞬態(tài)響應(yīng)性能。

另一種方法是降低控制放大器的轉(zhuǎn)換速率，使每周期增加的脈沖寬度小于0.28。在這些條件下，功率晶體管的儲存自補償效果通常能夠防止過飽和。可是同樣，瞬態(tài)響應(yīng)性能將降低很多。但無論如何，這兩種技術(shù)是常用的。

SAA電源適配器強迫磁通密度平衡

一種解決階梯形飽和問題的更好的方案是示于圖的推挽橋式電路。

如果兩個相同的電流互感器接在Q3和Q4的發(fā)射極，交替流過兩對晶體管（也流過原邊繞組）的電流峰值在每半周期可以相互比較。

如果檢測到兩個電流不平衡，它就作用到斜波比較器，差動地調(diào)節(jié)功率晶體管驅(qū)動脈沖的寬度。這可以保持變壓器的平均工作磁通密度在B／H特性的中心附近，檢測直流偏置，差動地調(diào)節(jié)驅(qū)動脈沖來維持平衡。

應(yīng)該注意到，這種技術(shù)只用于有直流通路通過變壓器繞組的場合。為阻隔直流電流有時在原邊繞組串聯(lián)一個電容器以此來避免變壓器直流飽和。可是，在不平衡條件下該電容器會保存凈電荷，使交替的原邊電壓脈沖具有不相同的電壓幅值。這就導(dǎo)致了功率損耗和在輸出濾波器中產(chǎn)生次諧波紋波。更進一步，保持變壓器電流平衡和保持電容器電荷會使系統(tǒng)發(fā)散，導(dǎo)致系統(tǒng)失去控制。所以并不推薦這種使用電容器隔直流的措施。

如果使用強迫電流平衡系統(tǒng)，則一定不能串聯(lián)電容器C，這是由于該電容器消去了可檢測到的直流成分，使系統(tǒng)無法工作。

如果變壓器的工作點能維持在接近其中心點，則磁通密度有較好的工作范圍，這可以改善瞬態(tài)性能，消除變壓器飽和及功率元件損壞的可能性。

在原邊脈沖調(diào)節(jié)中使用電流型控制時，自動產(chǎn)生磁通平衡，不需串聯(lián)Cx。