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半桥电源适配器变换器的漏感问题

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半桥电源适配器变换器的漏感问题

        半桥电源适配器变换器不存在像单端正激和推挽拓扑中那样麻烦的漏感尖峰问题,因为晶体管Q1Q2分别并联了二极管D5、D6,它将晶体管承受的漏感尖峰电压钳位于Vdc。

        Q1导通时,负载电流和励磁电流流过Q1、变压器T的漏感、Np并联的励磁电感及按匝比平方折算到初级的次级负载等效阻抗,最后流经Cb到达C1、C2节点,Np同名端电压为正。
        Q1关断时,励磁电感迫使所有绕组电压极性反向,通过(次级到初级)反激式的作用,Np同名端电压变负,如果这个状态继续的话,使Q1承受远大于Vdc的电压,有可能使其损坏,同时也可能使Q2承受反压而损坏。然而D6把T1的同名端电压钳位,使得T的同名端电压不可能比直流输入母线的负端更低。
        同理,Q2导通时,励磁电感储存能量,Np同名端相对于异名端为负压(T1初级绕组两端电压接近Vdc/2);Q2关断时,励磁电感使所有绕组电压极性反向。Np同名端电压力图变正但由于D5的存在,Np同名端电压被钳位于正母线电压。这样,导通时间内的漏感储能就会经D5、D6反馈给电源适配器Vdc。

半桥电源适配器变换器与双端正激电源适配器变换器的比较
        由于半桥笔记本电源适配器变换器晶体管承受的关断电压与双端正激电源适配器变换器(图)承受的关断电压同样为V4(而非2V),所以这两种拓扑构成的电源适配器在网压为220V的欧洲市场设备中得到了广泛应用。有必要对两者进行比较。

        两者最主要区别在于,半桥韩国认证电源适配器变换器次级输出为全波整流而非双端正激电源适配器变换器输出的半波整流。因此半桥电源适配器变换器的方波频率是正激电源适配器变换器的两倍,从而使半桥电源适配器变换器输出电感L、输出电容C的数值小得多。
        补充:“频率”这个术语,当用于双端和单端电源适配器变换器时,意义不大。用它研究次级脉冲的重复率更合适。若次级脉冲重复率(一般为单端电源适配器变换器开关频率的两倍)相同时,传输的转换功率也是相同的。这仅关乎(与频率相关的)功率转换的方式,而与(双端和单端电源适配器变换器)功率额定值的区别无关。如在推挽情况下,正负半周期各产生一个输出脉冲,从而导致每个周期有两个脉冲(脉冲频率加倍)。所以简单地使单端拓扑在相同的周期内产生两个脉冲,也会在输出端得到相同的输出。
        单端和双端电源适配器变换器的本质区别体现在磁感应增量上。推挽电源适配器变换器使磁通量从BH环曲线的负端(第三象限)变化到正端(第一象限),而单端电源适配器变换器仅在零磁通量到正磁通量之间变化,即前者为后者磁通量的两倍。然而,一般当开关频率在50kH以上时,磁心损耗限制磁通摆幅的峰一峰值不得超过200mT,这个磁通摆幅值很容易由推挽和单端电源适配器变换器推导而得。

         正激电源适配器变换器次级峰值电压比半桥电源适配器变换器高,因为它的次级占空比只有半桥电源适配器变换器的一半。但这一点只在2。5。1节中讨论的情况下(输出直流电压大于200V)才比较明显。因为正激电源适配器变换器的变压器必须承受全部电源适配器电压,所以正激电源适配器变换器变压器初级绕组匝数是半桥电源适配器变换器的两倍。因此半桥电源适配器变换器绕组的成本较低,寄生电容也更小。
补充:尽管半桥电源适配器变换器的绕组更少,但是电流加倍,且铜损与成正比,所以在要求相同的铜损时线径必须是正激电源适配器变换器的两倍。

        老人唱戏机电源适配器变换器的另一优点是它的由邻近效应形成的绕组损耗比正激电源适配器变换器的稍低。
        邻近效应损耗是由于相邻绕组层的电流感应涡流电流造成的,它随着绕组层数增加而迅速增加。由于相同功率及相同直流输出电压下半桥电源适配器变换器初级匝数只有双端正激电源适配器变换器的一半,所以其损耗比正激电源适配器变换器的小。但由于半桥电源适配器变换器的线径较大,如正激电源适配器变换器所需圆密耳数为985P/V,而半桥电源适配器变换器的为1395P/V4(式(3,3)),所以最终两者实际损耗相差也不大。
        实际应用中,半桥电源适配器变换器邻近效应损耗较小的优点并不显著。关于邻近效应损耗将在第7章详细讨论。

半桥电源适配器变换器实际输出功率的限制
        半桥电源适配器变换器最大输出功率由峰值初级电流和晶体管能承受的最大关断电压决定。半桥电源适配器变换器工作于网压输入为120V倍压模式时,如图3。1所示,与2。4。1。1节中介绍的双端正激电源适配器变换器一样,其输出功率极限约为400~500W。此时初级等效平顶脉冲电流峰值l=3。13P/Va。若考虑15%的瞬态波动和10%的稳态波动,则晶体管能承受的最大关断电压为V=1。41×120×2×1。1×1。15=428V,最小直流输人电压为y=1。41×120×2/1。1/1。15=268V。

        若输出功率为500W,则由式(3。1)可知,最大初级等效平顶电流l==3。13×5002085。84A。很多 MOSFET管和双极型晶体管都能满足428V耐压6A电流的要求。当然,由于大多数满足该电流等级的快速晶体管的电压参数V只有400V,为安全承受428V关断电压还必须在关断时提供-1~-5V的基极反压。
        虽然半桥大功率电源适配器变换器输出功率可达1000W,但是大多数满足12A电流等级的快速双极型晶体管的放大倍数往往太小,而满足电流电压条件的 MOSFET管的导通压降又太大,且成本也高。全桥变因此输出功率超过500W时,一般考虑应用可使功率加倍的半桥改进电源适配器变换器换器。

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| 发布时间:2019.01.18    来源:电源适配器厂家
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