推挽直直变换器与桥式直直变换器
第三章 功率转换电路
3.3 半桥式功率转换电路
工作过程:
• 当两个开关管BG1和 BG2都截止时，电容C01， C02中点A的电压为E/2。
• 当BG1导通时，C02充 电，C01放电，中点A电 位在BG1导通终了，将下 降E/2-△E。
3.3 半桥式功率转换电路
• 当BG2导通，C01 充 电， C02放电，中点A 电位在BG2导通终了增 至 E/2+△E。
补充三 高频变压器的磁化曲线
磁路：由铁心形成而使磁通集中通过的回路叫磁 路。
铁心中的磁通 称主磁通。
少量磁通通过空气也会构成回路称漏磁通。
漏
主磁通
漏
磁
磁
通
通
变压器的磁路
补充三 高频变压器的磁化曲线
由于 特斯拉单位太大，通常多用mT表示，1T=100 0mT。有时也用高斯（Gs）表示，1T=104 Gs。
补充三 高频变压器的磁化曲线
磁通:磁感应强度B在面积S上的通量积分称为磁
通。单位：韦伯Wb
B dS
S
如果是均匀磁场，即磁场内各点磁感应强度的大小和方
向均相同，且与面积S垂直，则该面积上的磁通为
• 硬磁(永磁)材料：磁滞回线宽、剩磁和矫顽力都很大 的铁磁材料称为硬磁材料，又称为永磁材料。 • 永磁材料磁性能指标： 剩磁 矫顽力 最大磁能积(BH) max
补充三 高频变压器的磁化曲线
磁感应强度B 是表示磁场空间某点的磁场强弱和方 向的物理量，是矢量。 大小：磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通 （磁力线）。单位：特斯拉T或Wb/m2
基本磁化曲线在开关电源变压器磁心被磁场极化时 才会出现，因此该曲线也被称为初始磁化曲线。当 变压器正常工作之后，这种初始状态就不存在了。
开关电源：单管自激,反激,推挽,半桥,全桥
图 2.4 单端正激式开关电源
单端反激式开关电源 反激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正好被直流电压激励 时，变压器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变压器初级线圈的 激励电压被关断后才向负载提供功率输出，这种变压器开关电源称为反激式 开关电源。反激式开关电源是在反极性（Buck—Boost）变换器的基础上演 变而来的，它具有以下优点： 比正激式开关电源少用一个大储能滤波电感及一个续流二极管，因此，体积 比正激式开关电源的要小，且成本也要低。
C18 Q5 C1815 22u50V
+
D17 R21 1N4148 12k
R27 1.5k
HW.79 94V-0
S-100N-R5
2000-11-21
+
C17 1u50V
MW
S-100-24 IN 110VAC 1.9A IN 220VAC 0.8A OUT 24VDC 4.5A
TL494 管脚功能及参数
+
R3 100R 2W 102 1kV FMX 1
C2
+V +V
1k 2W
C1 +
SCK054
TF-096
C3
D3S B-60 -0.5
N C10 4.7u50V T2 D7 R6 T028 15R
3A250V R13 580k 1/2W RT C6 220u 200V 470u 35V x5
开关电源：单管自激，反激，推挽，半桥，全桥
单端正激式开关电源 正激式变压器开关电源，是指当变压器的初级线圈正被直流电压激励 时，变压器的次级线圈正好有功率输出。它是在 BUCK 电路的开关管 Q 与续 流二极管 D 之间加入单端变压隔离器而得到的。它具有以下优点： 1) 正激变换器利用高频变压器的一次侧、二次侧绕组隔离的特点，可以方 便的实现交流电网和直流输出之间的隔离。 2) 正激变换器电路简单，成本很低，能方便的实现多路输出。 3) 正激变换器只有一个开关管，只需一组驱动脉冲；其对控制电路的要求 比双端变换器低。
全桥 VS 半桥 VS推挽 VS 正激 VS反激
推挽VS 全桥VS半桥VS 正激VS反激1、推挽型(Push-Pull) DC/DC这种电路结构的特点是：对称性结构，脉冲变压器原边是两个对称线圈，两只开关管接成对称关系，轮流通断，工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。
主要优点：输入回路中仅有一个MOSFET的通态压降，产生的通态损耗较小，适用于低压电池输入UPS电源。
电源电压利用率高（与后面要叙述的半桥电路相比）、输出功率大、两管基极均为低电平，驱动电路简单。
主要缺点：功率管承受高电压（2 • VIN）；磁芯利用率低：推挽式变压器需要有一个中间抽头的原边绕组，且每一个绕组只有在交替电源脉冲条件下才被激活，这表明原边的绕组的利用率只有50%。
应用领域：低输入电压的电源。
2、全桥型DC/DC这种电路结构的特点是：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。
图中T1、T4为一对，由同一组信号驱动，同时导通/关端；T2、T3为另一对，由另一组信号驱动，同时导通/关端。
两对开关管轮流通/断，在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。
主要优点：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半。
主要缺点：使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。
这种电路结构通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。
应用领域：大功率工业用电源、焊接电源、电解电源等。
3、半桥型DC/DC电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管（T3、T4）换成了两只等值大电容C1、C2。
主要优点：磁芯的利用率较为完全，具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。
这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器，如电子荧光灯驱动电路中。
主要缺点：当任一开关导通TON 时间，原边只加载了输入电压的一半。
因此，要实现与推挽式转换器一样的输出功率，需要加倍的原边开关电流。
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计
利用推挽方式与同步整流技术实现直直变换器的设计1.引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。
从上世纪90年代以来开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，计算机、程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源。
随着电源技术的发展，低电压，大电流的开关电源因其技术含量高，应用广，越来越受到人们重视。
在开关电源中，正激式和反激式有电路拓扑结构简单，输入输出电气隔离等优点，广泛应用于中小功率电源变换场合。
与正、反激式相比，推挽式变换器变压器利用率高，输出功率较大，而且由于使用MOS管,基本不存在励磁不平衡的现象。
因此，一般认为推挽式变换器适用于低压，大电流，功率较大的场合。
2.基本推挽变换技术推挽式直直变换器的电路结构如图1（a）所示,波形如图1(b）所示。
推挽式逆变器将直流电压变换为交流方波加在高频变压器的原边，在隔离变压器的副边只有一个二极管压降。
当开关管S1 导通时，二极管D1 承受正压而导通，而D2 由于反向偏置而截止；因此，3 电路的设计3.1 主电路的设计开关电源的主电路拓扑结构如图2所示，详细参数如下：输入电压为12(1±10％)V，输出电压为24V，输出电流为12A，工作频率为33kHz。
主电路采用的是推挽型电路，主开关管用的是IRFP064N,在主电路上输入端有两个1000uF／50V并联的输入滤波电容,在输入的电路的正级接有一个2.2uH的输入滤波电感（电感取值与输出滤波电感一样）。
电路中变压器的设计跟一般变换器所用变压器设计类似，只需注意绕线方式和铜线选择，由于本变换器的电流过大，故采用多股细线并绕的方式。
反激式正激式推挽式半桥式全桥式开关电源优缺点
反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源优缺点反激式、正激式、推挽式、半桥式、全桥式开关电源的优点和缺点最近查了很多关于开关电源的资料，现在总结如下，以便日后的查阅，呵呵。
由于博文有字数的限制故分两部分发表，本文为第一部分为了表征各种电压或电流波形的好坏，一般都是拿电压或电流的幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较。
在开关电源之中，电压或电流的幅值和平均值最直观，因此，我们用电压或电流的幅值与其平均值之比，称为脉动系数S ；也有人用电压或电流的有效值与其平均值之比，称为波形系数K 。
因此，电压和电流的脉动系数Sv 、Si 以及波形系数Kv 、Ki 分别表示为：Sv = Up/Ua ——电压脉动系数（1-84 ）Si = Im/Ia ——电流脉动系数（1-85 ）Kv =Ud/Ua ——电压波形系数（1-86 ）Ki = Id/Ia ——电流波形系数（1-87 ）上面 4 式中，Sv 、Si 、Kv 、Ki 分别表示：电压和电流的脉动系数S ，和电压和电流的波形系数K ，在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S 或K 。
脉动系数S 和波形系数K 都是表征电压或者电流好坏的指标，S 和K 的值，显然是越小越好。
S 和K 的值越小，表示输出电压和电流越稳定，电压和电流的纹波也越小。
反激式开关电源的优点和缺点1 反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。
反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5 时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。
即电压脉动系数等于2 ，电流脉动系数等于 4 。
反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。
全桥,半桥,推挽,正激,反激的优缺点比较及应用场合分析
全桥,半桥,推挽,正激,反激的优缺点比较及应用场合分析优缺点比较一、全桥式开关电源的优点和缺点1、全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高全桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两组开关器件轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。
因此，全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。
2、全桥式开关电源的优点是开关管的耐压值特别的低全桥式变压器开关电源最大的优点是，对4个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。
因为，全桥式变压器开关电源4个开关器件分成两组，工作时2个开关器件互相串联，关断时，每个开关器件所承受的电压，只有单个开关器件所承受电压的一半。
其最高耐压等于工作电压与反电动势之和的一半，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半。
3、全桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合在输入电压很高的情况下，采用全桥式变压器开关电源，其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多。
因此，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是使用全桥式变压器开关电源。
而在输入电压较低的情况下，推挽式变压器开关电源的输出功率又要比全桥式变压器开关电源的输出功率大很多。
4、全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率低一些因为2组开关器件互相串联，两个开关器件接通时总的电压降要比单个开关器件接通时的电压降大一倍；但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。
因此，全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。
5、与半桥式开关电源一样，全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。
UPS中的直流变换器和半桥逆变器及单相全桥逆变器的详细介绍
UPS中的直流变换器和半桥逆变器及单相全桥逆变器的详细介绍逆变器在电路中常被使用，本文中，小编将对UPS中的逆变器予以介绍。
本文介绍内容包括直流变换器、半桥逆变器、单相全桥逆变器以及三相全桥逆变器等知识，如果你对逆变器相关内容具有兴趣，不妨在本文下述内容中进行探索哦。
一、直流变换器直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS 中，它分为自激式和它激式两种。
1、自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器图1（a）所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1（b）所示的波形UN。
UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中阴影部分除外）。
自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。
由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。
该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压Ub1=Ub2=0，（1）所示二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得I1-I2=ΔI≠0，（2）这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。
电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1（b）t1所示。
电力电子技术第五章-直直变换器
1 (Ui 2
Uo L
)
DTS
Ui Uo
D Uo R
Ui Uo
2
Ui Uo
2L D2TS R
0
求解上式得：
电感电流断续时的工作波形
Uo 1 4K 1
Ui
2K
令 K 2L
D2TS R
电压传输比与占空比 D 和负载 R 相关，也与电路参数 L 和 TS 有关。与占空比D
为非线性关系。
三. BUCK变换器的应用
◆利用能量平衡推导
UO D Ud
开关S导通时电感电流上升幅值： I r
(U d
Uo) L
Ton
开关S关断时电感电流下降幅值： I f 已知： Ir I f
Uo L
Toff
则：
M Uo Ton D Ud T
UO D Ud
Ug
Ua Ud Ua
uL Ud Uo
uL
Ud Uo
L
iL
I r
5.2.1 降压型直直变换器(BUCK Converter)
BUCK降压直直变换器是一种基本的非隔离DC/DC变换
器，其输出直流电压低于输入直流电压，通称为BUCK变换
器，电路结构如下图：
S
Ua
L
+
1
2
+
2
Ud
Ug
D
C RL Uo
1
图中：
-
-
S为功率MOSFET器件，工作在开关状态；若为晶闸管，须有辅助 关断电路。
Ug Ua Ud
等效电路如b图所示，此时Ua等于Ud, D截止， Ua
电感电压 等于uL Ud-Uo，电感电流 线性iL 上升，
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阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时
开关管和二极管中都有电流流过。
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Q1和Q2 导通小于180o工作 如果Q1和Q2导通时间减少，则输出电压为宽度小
于180o的方波，若输出端接电阻负载时，负载电 流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时， 若电感量为L，则电感电流iL波形为三角波，Q1 导通，电流上升；Q1关断，电感电流iL经D2续流 ，电流以斜率下降。D2续流，使Vin加在W12上，在 W2绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示 。如果Q1和Q2 导通时间分别大于T/4，则在感性 负载时，输出电压VO为180o的交变方波，不再受Q1 和Q2 导通时间的影响。
IpmaxW W12 I0(W W12)2
VinDy 4Lf fs
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14
因iDR1和iDR2就是流过变压器副边绕组的电流，若
不计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流 的最大值为：
ID R 1 m axID R 2m axID F W m axI0W W 1 24 L V ifnfsD y
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下图是推挽直流变换器的主要波形。在Q1或Q2导通期间，
变压器副边绕组中感应电势为vw2，电压脉冲宽度决定于Q1
或Q2的导通时间ton，幅值为
W W
2 1
V
in
，为一交流电。该电压经
整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续
时为三角波，图中给出了流过DR1、DR2和DFW的电流波形。
流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管 电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载 电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。
精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。
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推挽变换器各点主要波形
Q1
Q2
t
vW 21 ( vW 22 )
W2 W1
Vin
t
vDFW
W2 W1
Vin
t
iLf
t
iDR1
t
iDR 2
t
a
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(a) 无续流二极管
Q1
Q2
t
t
a
Q1
Q2
t
vW 21 ( vW 22 )
W2 W1
Vin
t
vDFW
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
感电流iL波形为三角波，电流以VO/L斜率上升，
也以VO/L斜率下降。电流最大值为 逆变器开关频率。
VO L
T 2
VO 2Lfs
，fs为
（
0
,
T 4
）期间，Q1导通，输出电压VO为正，iL为正
，，电VO变源负能，量负向载负向载电传源送回；馈（能T4 量, T2），期此间时，D2续iL流为；正
（量负向载T2 , 34T负向）载 电期传 源间送 回，； 馈Q（能2导量34T通,T，），此期iL时间变D，负1续i，L为流V负。O为，显负V然O，为，电正纯源，电能
推挽式DC-DC变换器（PUSH-PULL）
推挽式（PUSH-PULL）DC-DC变换器由推挽逆变器和输出整流 滤波电路构成，因此推挽DC-DC变换器是属于DC-AC-DC变换器
。为变W2。压器两个原边绕组匝数相等为W11=W12=W1,副边绕组匝数 1)推挽逆变器
Q1和Q2 180o互补导通工作
设Q1或Q2的导通时间为ton，则
Dy
ton Ts / 2
电感电流连续时输出电压与输入电压之间的关系为：
V0 Vin
W2 W1
Dy
可以看出，若输入是恒定的没有纹波，则输出同样也是恒 定的没有纹波。对于多路输出的开关电源来说，这一点是
特别重要的。这也是为什么把降低输出电压纹波的重点和
VQ2CE2Vin
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Vin
Tr
W
Q1
D1
11
*
*
W2
vo
W
12
*
Q2
D2
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推挽式逆变器主电路
推挽式（PUSH-PULL）逆变器主要波形
南京邮电大学
南京邮电大学
推挽式（PUSH-PULL）逆变器主要波形
输出端接电阻负载时，负载电流波形和电压波形
相同；输出端接电感负载时，若电感量为L，则电
高速电机 实验室
推挽直直变换器 与桥式直直变换器
1
Contents
1
推挽直直变换器
2
半桥式直直变换器
3
全桥式直直变换器
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推挽式DC-DC变换器（PUSH-PULL）
Vin
Tr
D R1
Q1
D1
W
11
* W21
*
* W22
DR2
W
12
*
Lf
D FW
C
f
VO
Q
2
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D2
推挽式DC-DC变换器主电路
W2 W1
Vin
VO
电感电流的平均值就是负载电流。由于Q1和Q2轮流导通
，故的脉动频率为开关频率的二倍，通过DR1、DR2和DFW
的电流的最大值为： ID1 m Ra x ID2m Ra x IDF mW a x I01 2 iLf
iLf
W2 W
1
Vin Lf
Dy
Ts 2
1W电181势0上o为互，一补当个导Q2宽通导度工通为作时1时，80的电o的波源交形电变。压方当Vi波nQ加1，导在幅通W1值时2上为，，电WW因12源V i此n 电。绕压组ViWn2加中在的
Q1关断时，它的集电极和发射极之间电压为 VQ1CE2Vin
同理，Q2关断时，它的集电极和发射极之间电压为
W2 W1
Vin
t
iLf
t
iDR1
t
iDR 2
t
iDFW
t
b
(b) 有续流二极管
开关管Q1和Q2上的电压：V D 1 V D 2 V Q 1 V Q 2 2 V in
整流管DR1和DR2上电压为 VDR1 VDR2 2W W12Vin
D FW
续流二极管DFW上的电压为：VDFW
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Vin
Tr
D R1
Q1
D1
W
11
* W21
*
* W22
DR2
W
12
*
Lf
D FW
C
f
VO
Q
2
D2
推挽式DC-DC变换器主电路
南京邮电大学
推挽DC-DC变换器
推挽式DC-DC变换器的主电路中，整流二极管DR1和DR2 的左侧是逆变电路，右侧是整流、滤波电路。
输出整流电路有三种基本类型：全波整流电路、全桥整 流电路和倍流整流电路。全波整流电路适用于输出电压 较低的场合，可以减小整流电路中的通态损耗，全桥整 流电路适用于输出电压较高的场合，可以降低整流管的 电压额定值。图中为全波整流电路，Lf是输出滤波电感 ，Cf是输出滤波电容。推挽直流变换器可看成是两个 Forword变换器的组合，这两个Forword变换器的开关管 轮流导通，故变压器铁芯是交变磁化的。全波整流电路 变压器副边有两个绕组，他们的匝数相等，图中还接有 续流管DFW，但也可不接。