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典型离线桥式变换器的工作原理

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典型离线桥式变换器的工作原理

 桌面式电源适配器一般情况

图表示一个典型离线桥式变换器的功率部分。对角的一对开关元件同步工作,并有序地交替。例如,Q1和Q3同时导通,接着由Q2和Q4同时导通。在脉宽控制系统中,存在一段4个开关元件都关断的时间,应该注意,Q2和Q4导通时,原边绕组两端的电压方向与Q1和Q3导通时相反。

在本例中,使用均衡的基极驱动电路,这使基极驱动电流在任何时候都与集电极电流相配合。该技术特别适合于大功率应用场合。

在关断期间,稳态条件下,L1中已建立起电流,输出整流二极管D和D起续流二极管的作用。在L1的强迫作用下,该关断期间两个二极管平均分担电感器的电流(除了有非常小的磁化电流)。由于使用对称的二极管,副边绕组两端的电压为零,因此原边绕组两端的电压也为零(经过一小段由原边漏感引起的阻尼振荡时间后)。典型的集电极电压波形示于图2中。

 

 桌面式电源适配器工作周期

考虑图中电路在稳态条件下的工作周期。假设驱动电路开始向Q1和Q提供导通脉冲。这两个元件开始导通。此时的集电极电流流经Tp的原边绕组并流过均衡驱动变压器T2A和Tm的原边。正向再生反激作用加强了两个晶体管的导通作用,使Q和Q快速进入全导通即饱和状态。

 

一旦Q1和Q3导通,T1p原边绕组中的电流开始以由原边漏感所决定的速率建立。该电流由负载折算过来的电流和小部分变压器磁场的磁化电流组成,如图所示。

同时,在导通的边缘,副边整流二极管D5中的电流将增加,D6中的电流将减小,其增、减速度由总的副边漏感和通过D5和D6的外部回路线路电感决定。对于低电压、大电流输出,外部回路线路电感是主要影响因数。当副边电流增加到Q1和Q3导通之前流过L中的电流值时,D4将反偏,L1输入端的电压将增加到副边电压Vs(低一个D2的管压降)。

L1两端的正向电压是(Vs-Vout),此期间L1中的电流线性增加。该电流传递到原边的情况如图所示。

在由控制电路控制的一个导通周期之后。驱动变压器将功率晶体管的基极驱动电流转移,Q1和Q3将关断。可是变压器原边的磁化电流已经建立,漏感和安匝数将保持不变,电流传递到副边。因此,由于反激作用,所有绕组上的电压将反向。如果漏感中储存了足够的能量,原边电压将返回二极管D2和D4导通时的对应值,多余的反激能量将返回手机充电器。如果漏感很小,缓冲器电容器C5、R5和输出二极管D5和D6将提供有效的钳位。D5和D6将大部分的反激能量转换到输出。由于原边二极管D1、D4和副边二极管D5、D6的强烈钳位作用,开关晶体管两端的电压任何时候都不会超过手机充电器电压加一个二极管压降。

 

缓冲器元件

在关断瞬间,缓冲器元件R5、C5为集电极电流提供了另一条通路,减小了功率器件的关断应力。也可以用接在变压器原边两端的单个RC电路来代替4个缓冲器网络,但当所有功率晶体管关断时,所示结构产生的原边电压的共模控制更好。

由输出二极管提供续流作用是这种推挽电路的一个重要特点。图表示磁心磁通偏移在推挽和单端工作中的工作范围。

推挽情况下该工作范围更宽,即使所有的晶体管都关断,由于D5和D6的续流导通磁心将不会恢复到零。

由于D5和D6在关断期间保持导通,副边两端的电压和所有绕组两端的电压在开关晶体管关断时为零。结果,关断期间磁心将不会恢复到Br,但将保持在+B或-B。当另一对对角输入晶体管变为导通时,可以使用2B(-B~+B)的整个磁通密度范围,允许所设计的变压器具有较少的原边匝数。副边电压波形示于图中。

当负载降到低于磁化电流(以副边为参考)时,副边二极管的钳位作用消失。但这通常并不会成为问题,因为在这些条件下导通脉冲的时间非常短,△B也小。


暂态双倍磁通效应

在暂态负载条件下,如果使用B/H特性的整个范围,有时会出现问题,假如充电器已在轻载下工作,脉冲的宽度较窄,磁心工作于B=0附近。如果负载突然增加驱动电路给出最大的脉冲宽度,则对于这种暂态变化,只使用了△B变化范围的一半,磁心可能出现饱和。要仔细考虑这种暂态条件,使磁心在该条件下有足够的磁通密度裕量或限制控制脉冲的转换率以利于磁心建立新的工作状态(这种效果有时称为“双倍磁通”)。



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| 发布时间:2018.10.15    来源:充电器厂家
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