推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖

開關(guān)模式電源又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。它可以將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，或者將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。它的主要功能是將高壓交流電轉(zhuǎn)換成低壓直流電，或者將低壓直流電轉(zhuǎn)換成高壓交流電。

開關(guān)電源的工作原理是將直流電輸入到電路中，電路中的開關(guān)元件將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，然后將交流電輸出到負(fù)載中。開關(guān)電源不同于線性電源，開關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切換，這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn)，切換之間的轉(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散，但時(shí)間很短，因此比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。

開關(guān)電源一般由輸入部分、控制部分、轉(zhuǎn)換部分和輸出部分組成。輸入部分由交流電源、濾波器、接地線等組成;控制部分由控制電路、變壓器、可控硅等組成;轉(zhuǎn)換部分由開關(guān)元件、電感元件、電容元件等組成;輸出部分由負(fù)載、穩(wěn)壓電路等組成。

推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖

整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，由于兩個(gè)開關(guān)管輪流交替工作，相當(dāng)于兩個(gè)開關(guān)電源同時(shí)輸出功率，其輸出功率約等于單一開關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，推挽式變壓器開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波就可以達(dá)到非常小。

圖1-30是橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖，除了整流濾波電路以外，其余部分電路的工作原理基本與圖1-27相同。橋式整流電路由D1、D2、D3、D4組成，C為儲(chǔ)能濾波電容，R為負(fù)載電阻，Uo為直流輸出電壓，Io為流過負(fù)載電阻的電流。

推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖

圖1-31是全波整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖，同樣，除了整流濾波電路以外，其余部分電路的工作原理基本與圖1-27和圖1-30相同。但開關(guān)變壓器的次級(jí)需要多一個(gè)繞組，兩個(gè)繞組N31、N32輪流輸出電壓;全波整流電路由D1、D2組成，C為儲(chǔ)能濾波電容，R為負(fù)載電阻，Uo為直流輸出電壓，Io為流過負(fù)載電阻的電流。

推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖

圖1-30與圖1-31比較，橋式整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源比全波整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源多用兩個(gè)整流二極管，但全波整流輸出的開關(guān)變壓器又比橋式整流輸出的開關(guān)變壓器多一組次級(jí)線圈。因此，圖1-30橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源比較適用于輸出電流相對(duì)較小的情況;而圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源比較適用于輸出電流相對(duì)較大的情況。因?yàn)?，大電流整流二極管成本高，而且損耗功率也比較大。

下面我們來詳細(xì)分析圖1-30橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源和圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源的工作原理。

由于圖1-30橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源或圖1-31全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源的電壓輸出電路中都接有儲(chǔ)能濾波電容，儲(chǔ)能濾波電容會(huì)對(duì)輸入脈動(dòng)電壓起到平滑的作用，因此，圖1-30和圖1-31中輸出電壓Uo都不會(huì)出現(xiàn)很高幅度的電壓反沖，其輸出電壓的峰值Up基本上就可以認(rèn)為是半波平均值Upa。其值略大于正激輸出nUi，即：橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，整流濾波輸出電壓Uo的值略大于正激輸出nUi，n為變壓器次級(jí)線圈N3繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比。

因此，推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要還是由(1-131)式來決定。即：推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo(K1或K2接通期間)，約等于開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組產(chǎn)生的正激式輸出電壓Up或Up-的半波平均值Upa或Upa-：

uo = Upa = nUi —— K1接通期間 (1-134)

或uo = Upa- =-nUi —— K2接通期間 (1-135)

上式中，uo為推

挽式變壓

器開關(guān)電源的輸出電壓，n為變壓器次級(jí)線圈N3繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的匝數(shù)比，Ui為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組的輸入電壓。

圖1-32是橋式整流輸出或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，在兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2交替接通和斷開，且占空比D均等于0.5時(shí)，各主要工作點(diǎn)的電壓、電流波形。

圖1-32-a)和圖1-32-b)分別表示控制開關(guān)K1接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電壓u1的波形，以及流過變壓器初級(jí)線圈N1繞組兩端的電流i1波形;圖1-32-c)和圖1-32-d)分別表示控制開關(guān)K2接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2繞組兩端的電壓u2的波形，以及流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2繞組兩端的電流i2的波形;圖1-32-e)和圖1-32-f)分別表示控制開關(guān)K1和K2輪流接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端輸出電壓uo的波形，以及流過開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3繞組兩端的電流波形。

圖1-32-f)中，虛線箭頭表示反激式輸出電流是由最大值開始，然后逐漸減小到最小值;而實(shí)線箭頭表示正激式輸出電流則是由最小值開始，然后逐漸增加到最大值;因此，兩者同時(shí)作用的結(jié)果，正好輸出一個(gè)矩形波。

推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖

推挽式開關(guān)電源工作原理及電路圖

從圖1-32-e)可以看出，輸出電壓uo雖然還是由兩個(gè)部分組成，一部分為輸入電壓Ui通過變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2感應(yīng)到次級(jí)線圈N3繞組的正激式輸出電壓(uo);另一部分為勵(lì)磁電流通過變壓器初級(jí)線圈N1繞組或N2繞組存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生的反激式輸出電壓[uo];這里反激式輸出電壓[uo]不會(huì)再使波形產(chǎn)生反沖，是因?yàn)閮?chǔ)能濾波電容會(huì)把反沖電壓吸收掉，使其成為充電流。

由于推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的半波平均值Upa幅值基本上是穩(wěn)定的，它不會(huì)像反激式輸出開關(guān)電源那樣，輸出電壓的幅值隨著控制開關(guān)占空比的改變而改變。因此，如果需要調(diào)整推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，只能通過改變兩個(gè)控制開關(guān)的占空比，來改變輸出電壓的平均值。因此，在輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源電路中，必須要在整流輸出電路后面加接一個(gè)LC儲(chǔ)能濾波電路，才能從整流輸出的脈動(dòng)直流電壓中提取平均值輸出。

推挽式開關(guān)電源的典型電路如下圖所示。它是一種雙端轉(zhuǎn)換電路，高頻變壓器的磁芯在磁滯回路的兩側(cè)工作。該電路使用兩個(gè)開關(guān)管VT1和VT2。兩個(gè)開關(guān)管在外部激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替打開和關(guān)閉。方波電壓在變壓器T的次級(jí)組中獲得，經(jīng)整流并濾波到所需的直流電壓中。

該電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管易于驅(qū)動(dòng)，主要缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓必須達(dá)到電路峰值電壓的兩倍。電路的輸出功率比較大，一般在100-500W的范圍內(nèi)。