1-8.雙激式變壓器開關電源
所謂雙激式變壓器開關電源，就是指在一個工作周期之內(nèi)，變壓器的初級線圈分別被直流電壓正、反激勵兩次。與單激式變壓器開關電源不同，雙激式變壓器開關電源一般在整個工作周期之內(nèi)，都向負載提供功率輸出。雙激式變壓器開關電源輸出功率一般都很大，因此，雙激式變壓器開關電源在一些中、大型電子設備中應用很廣泛。這種大功率雙激式變壓器開關電源最大輸出功率可以達300瓦以上，甚至可以超過1000瓦。
推挽式、半橋式、全橋式等變壓器開關電源都屬于雙激式變壓器開關電源。
1-8-1.推挽式變壓器開關電源的工作原理
在雙激式變壓器開關電源中，推挽式變壓器開關電源是最常用的開關電源。由于推挽式變壓器開關電源中的兩個控制開關K1和K2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關電源在整個工作周期之內(nèi)都向負載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應速度很高，電壓輸出特性也很好。
推挽式變壓器開關電源是所有開關電源中電壓利用率最高的開關電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關電源被廣泛應用于DC/AC逆變器，或DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中。
1-8-1-1.交流輸出推挽式變壓器開關電源
一般的DC/AC逆變器，如交流不間斷電源(簡稱UPS)，大多數(shù)都是采用推挽式變壓器開關電源電路。這種DC/AC逆變器工作頻率很高，所以體積可以做得非常小;由于這個特點，推挽式變壓器開關電源也經(jīng)常用于AC/AC轉(zhuǎn)換電路中，以減小電源變壓器的體積。
圖1-27是交流輸出純電阻負載推挽式變壓器開關電源的簡單原理圖。圖中，K1、K2是兩個控制開關，它們工作的時候，一個接通，另一個關斷，兩個開關輪流接通和關斷，互相交替工作;T為開關變壓器，N1、N2為變壓器的初級線圈，N3為變壓器的次級線圈;Ui為直流輸入電壓，R為負載電阻;uo為輸出電壓，io為流過負載的電流。
圖1-27中，當控制開關K1接通時，電源電壓Ui通過控制開關K1被加到變壓器初級線圈N1繞組的兩端，通過電磁感應的作用在變壓器次級線圈N3繞組的兩端也會輸出一個與N1繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負載R的兩端，使開關電源輸出一個正半周電壓。當控制開關K1由接通轉(zhuǎn)為關斷時，控制開關K2則由關斷轉(zhuǎn)為接通，此時電源電壓Ui被加到變壓器初級線圈N2繞組的兩端，通過互感在變壓器次級線圈N3繞組的兩端也輸出一個與N2繞組輸入電壓成正比的電壓uo，并加到負載R的兩端，使開關電源輸出一個負半周電壓。
由于電源電壓Ui加到變壓器初級線圈N1繞組和N2兩端產(chǎn)生磁通的方向正好相反，所以在負載上可得到一個與線圈N1、N2繞組所加電壓對應的正、負極性電壓uo。正半周對應的是K1接通時，N1繞組與N3繞組互相感應的輸出電壓;負半周對應的是K2接通時，N2繞組與N3繞組互相感應的輸出電壓。
下面我們進一步詳細分析推挽式變壓器開關電源的工作原理。
圖1-27中，當控制開關K1接通時，輸入電源Ui開始對變壓器初級線圈N1繞組加電，電流從變壓器初級線圈N1繞組的兩端經(jīng)過，通過電磁感應會在變壓器的鐵心中產(chǎn)生磁場，并產(chǎn)生磁力線;同時，在初級線圈N1繞組的兩端要產(chǎn)生自感電動勢e1，在次級線圈N3繞組的兩端也會產(chǎn)生感應電動勢e3;感應電動勢e3作用于負載R的兩端，從而產(chǎn)生負載電流。因此，在初、次級電流的共同作用下，在變壓器的鐵心中會產(chǎn)生一個由流過變壓器初、次級線圈電流產(chǎn)生的合成磁場，這個磁場的大小可用磁力線通量(簡稱磁通量)，即磁力線的數(shù)目Φ 來表示。
如果用 Φ1來表示變壓器初級線圈N1繞組電流產(chǎn)生的磁通量，用 Φ3來表示變壓器次級線圈電流產(chǎn)生的磁通量，由于變壓器初、次級線圈電流產(chǎn)生的磁場方向總是相反，則在控制開關K1接通期間，由流過變壓器初、次級線圈電流在變壓器鐵心中產(chǎn)生的合成磁場的總磁通量為：
Φ= Φ1- Φ3 —— K1接通期間 (1-125)
其中變壓器初級線圈電流產(chǎn)生的磁通 Φ1還可以分成兩個部分，一部分用來抵消變壓器次級線圈電流產(chǎn)生的磁通 Φ3，記為 10，另一部分是由勵磁電流產(chǎn)生的磁通，記為ΔΦ 1。顯然 Φ10 =- Φ3，ΔΦ 1 = Φ 。即：變壓器鐵心中產(chǎn)生的磁通量，只與流過變壓器初級線圈中的勵磁電流有關，與流過變壓器次級線圈中的電流無關;流過變壓器次級線圈中的電流產(chǎn)生的磁通，完全被流過變壓器初級線圈中的另一部分電流產(chǎn)生的磁通抵消。
根據(jù)電磁感應定律可以對變壓器初級線圈N1繞組回路列出方程：
e1 = N1dΦ/dt = Ui —— K1接通期間 (1-126)
同樣，可以對變壓器次級線圈N3繞組回路列出方程：
e3 = N3 dΦ/dt =(Up)—— K1接通期間 (1-127)
上式中，(Up)為開關變壓器次級線圈N3繞組正激輸出電壓的幅值，用括弧匡住來表示。由于流過開關變壓器初級線圈N1繞組的勵磁電流是線性變化的，所以我們可認為開關變壓器次級線圈N3繞組正激輸出電壓是一個方波。方波的幅值Up與半波平均值Upa以及有效值Uo三者完全相等。
根據(jù)(1-126)和(1-127)可以求得：
(Up)= e3 =ne1 =nUi —— K1接通期間 (1-128)
(1-128)式就是推挽式變壓器開關電源正激輸出時的電壓關系式。上式中，(Up)為開關變壓器次級線圈N3繞組正激輸出電壓的幅值，Ui為開關電源變壓器初級線圈N1繞組的輸入電壓;n為變壓比，即：開關變壓器次級線圈輸出電壓與初級線圈輸入電壓之比，n也可以看成是開關變壓器次級線圈N3繞組與初級線圈N1繞組的匝數(shù)比，即：n = N3/N1。
由此可知，在控制開關K1接通期間，推挽式變壓器開關電源變壓器次級正激輸出電壓的幅值只與輸入電壓和變壓器的次/初級變壓比有關。
同理我們也可以求得，當控制開關K2接通時，開關變壓器N3線圈繞組正激輸出電壓的幅值(Up-)為：
(Up-)= -e3 =-ne2 = -nUi —— K2接通期間 (1-129)
上式中的負號表示e3的符號與(1-128)式中的符號相反，(Up-)表示與(Up)的極性相反。
這里還需指出，(1-128)式和(1-129)式列出的計算結果，并沒有考慮控制開關K1或K2關斷瞬間，勵磁電流存儲的能量也會通過變壓器的次級線圈N3繞組產(chǎn)生反電動勢(反激式輸出)的影響，即：推挽式變壓器開關電源同時存在正、反激電壓輸出。
反激式電壓產(chǎn)生的原因是因為K1或K2接通瞬間變壓器初級或次級線圈中的電流初始值不等于零，或磁通的初始值不等于零。即：推挽式變壓器開關電源中反激式電壓的產(chǎn)生是由變壓器勵磁電流存儲的能量產(chǎn)生的。
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