全桥式电源的设计要求和原则

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：在这些过程状态里，往往主变压器一次电流上冲或下冲过零，脉宽调制的占空比会丢失，全桥式转换的驱动开关管将进入零电压导通、零电流关断的软开关周期，在这周期里控制好12种工作状态是非常重要的。图1-4中的C1的容量与主变压器NP的一次电感量的配置对这12种状态呈现至关重要，要求在设计变压器一次电感量和漏感时留有余地，可在对电容C1调整时进行更好地补偿，消除漏感。

全桥式变换电源电路比较复杂，它是对模拟电路、数字电路、电磁理论、材料科学等多门学科综合应用的体现，任何现代电源都具备这些领域里的多种技术，可以说全桥式电源是整个开关电源中技术含量最高的一种。

桥式变换电源由4只晶体管组成，它的变压器只有一个一次绕组，通过正、反向电压轮换变化，在变压器的一次绕组得到正、反两个不同极性的磁通，再经过二次绕组全波整流，输出直流电能，如图1-4所示，由图可知，4只晶体管对功率开关是安全的，最大的反向电压不会超过电源供电电压，在很大程度上消除了部分由变压器漏感和开关管的D-S极间电容所产生的瞬态峰值电压，这样反激时的电能得到充分利用和快速恢复，在高压离线式开关电源中，虽然开关管多两只，它的损耗还是可以接受的。所以，全桥式变换电源在大功率AC/DC变换中应用很多。实践证明，全桥式变换电路采用软开关工作方式，它的电气性能、电磁辐射、转换效率与可靠性等方面，都明显优于硬开关电源。现代全桥式电源要求具备以下特点：

图1-4 桥式变换电路

1）负载均流技术。具有均流技术的电源便于扩容。使扩容模块化、负载均流化的方法很多，最简单的方法是利用电路开环调节电源输出阻抗，达到均流，但均流的负载效应指标差，均流的响应速度慢，效果不理想。第二是平均电流法，它不需外加控制器，只需一根控制导线连接各单元，调节电压放大器的参考电压，达到每个单元电流均等。单元模块监控器通过一个电阻驱动总线。如果某单元电阻上的信号有变化，这个信号反映出负载电流的不平衡，这时信号立即调整基准电压，使之达到均流。最后是自动均流法，它是利用单元的电流最大值与每个单元电流比较，其差值来调节各单元的参考电压，达到每个单元的电流相等。它用二极管代替平均电流法中的电阻。自动均流法只允许一个均流总线对电源里的各个单元进行信号通信，它向各单元提供性能良好的均流服务。

2）零电压脉宽调制、软开关移相控制，是全桥式转换又一新技术。我们知道，全桥式转换的正半周和负半周对称相同，却方向相反，在一个开关周期里，全程存在着12个不同的工作过程状态，除了正负半周的两只功率管输出的两个钳位续流过程之外，还有4个谐振过程：振荡波从死区开始与谐振交换电流过程；换流释放过程；一次电感储能馈送负载过程；从驱动负载返回电网过程。在这些过程状态里，往往主变压器一次电流上冲或下冲过零，脉宽调制的占空比会丢失，全桥式转换的驱动开关管将进入零电压导通、零电流关断的软开关周期，在这周期里控制好12种工作状态是非常重要的。图1-4中的C₁的容量与主变压器N_P的一次电感量的配置对这12种状态呈现至关重要，要求在设计变压器一次电感量和漏感时留有余地，可在对电容C₁调整时进行更好地补偿，消除漏感。

3）开关电源是一门综合技术，也是一门实践性很强的学科，不仅是电路设计重要，就连一个元器件的摆放位置都牵动全局，所以有“三分理论、七分经验”之说，从设计专题上要满足技术要求；实施制作调试的过程中，要因势利导，顺势而为，不能逆势而行，既要注重理论，更要把握好实践，才能收到行之有效的效果，否则是事倍功半。

全桥式电源的设计要求和原则

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