- 新型開關電源典型電路設計與應用(第3版)
- 劉軍主編
- 9087字
- 2019-10-28 16:17:07
第1章 開關電源基本工作原理
1.1 開關電源基本形式
1.1.1 什么是開關電源
開關電源是開關穩壓電源的簡稱,可將一種電源形態變換成另一種形態。這種變換是自動控制的,并具有各種保護。它是利用現代電子技術、新材料科學,通過集成控制輸出所需要的電壓。這種電源具有體積小、重量輕、功耗低、效率高、紋波小、智能化程度高、使用方便等優點。電源猶如人體的心臟,是所有電動能源設備的動力。通常適用電源標記有各種特性參數,如功率、電壓、頻率、使用溫度等。正因為開關電源具有很多優點,所以它廣泛用于通信、儀器儀表、工業自動化、航空航天、醫療設備、交通運輸、家用電器等領域。隨著電子技術的發展,新材料不斷地涌現,一大批高頻率、高效率、高可靠性的新型電源相繼問世。
開關電源在變換過程中,要達到我們所需要的要求。例如,交流變換成直流,高電壓變換成低電壓,大功率變換成小功率等。開關電源在變換過程中,用高頻變壓器將一次側與二次側隔離,稱為離線式開關電源,常用的AC/DC變換器就是離線式開關變換器,也稱為整流離線變換。輸入電壓經低通濾波,橋式整流,直接到用電負載,中間不用變壓器隔離,稱為非隔離式開關變壓器。變換的方法是多樣的,凡是用半導體功率器件作開關,并具有一定的控制智能性,將一種電源形態變換成另一種形態的電路,叫作開關變換電路。在變換時,能自動控制輸出電壓并有各種保護的稱為完全開關電源。
傳統的晶體管調整穩壓器是開關電源的鼻祖,它具有結構簡單、輸出紋波小、噪聲低等優點,但是它也有體積大、過載能力低、效率低等缺點。近年來,無工頻變壓器開關電源技術已被廣泛采用。這種電源丟掉了笨重的工頻變壓器。功率管工作在開關頻率1.5MHz以上的狀態。這樣電源的體積和重量大大降低,其效率得到極大的提高,在開關管飽和導通時,漏(Drain)-源(Source)電壓降低近似零,在開關管截止時,它的漏極電流為零,其損耗功率小,效率高,可達95%,具有體積小、重量輕的特點。不但如此,開關電源可直接對供電電網進行濾波調整。電路上所用的濾波電容、電感等元器件的參數特性優于目前所用的電解電容和濾波電感,且體積小,允許使用的環境溫度高,對供電電網電壓波動范圍大的適應能力加大,可獲得穩定基準的輸出電壓,使電網的諧波大大減小,滿足了綠色環保的要求。
1.1.2 開關電源的工作程序
不管是現代的開關電源還是過去老舊的開關電源,其工作原理和工作程序都是不變的,都由兩大部分組成,即主電路和控制電路。主電路由輸入電路、功率變換電路和輸出控制電路組成;控制電路則由信號取樣電路、控制電路和頻率振蕩發生器組成。輸入電路由低通濾波電路和一次整流電路構成。220V交流電經低通濾波電路和橋式整流電路后,得到未穩壓的直流脈動電壓Vi,脈動電壓經功率因數校正,使它的輸入電流與輸入電壓同相,得到功率因數高、諧波含量低的直流電壓。此電壓經電子開關和高頻變壓器進行電能轉換,變換成受控制、符合設計要求的高頻方波脈沖電壓,高頻電壓經第二次整流濾波后,變為直流電壓輸出。最后,將輸出的電壓經分壓采樣與設置的基準電壓進行比較、放大,經過頻率振蕩發生器,產生一個高頻信號,該信號與控制信號疊加,進行脈寬或頻率調制,達到脈寬或頻率可調的方波信號,這一信號又經放大,去觸發開關功率管的“開”與“?!?,由開關管的漏極輸出一功率較大的脈沖去激發高頻變壓器的一次繞組,一次繞組所產生的可調的交流電壓經高頻變壓器的耦合變壓后,在二次繞組產生頻率較高的二次電壓,二次電壓又經整流濾波,輸出一波紋較低的直流電壓,所以說,開關電源的實質是兩個變換,即功率因數變換和工作頻率變換,如圖1-1所示。

圖1-1 開關電源工作原理框圖
高頻電子開關是電能變換的主要手段和方法。在一個電子周期T內,電子開關的接通時間ton與一個電子周期T所占時間的比例,叫接通占空比(Don)。Don=ton/T,如圖1-2所示。斷開時間toff與所占周期T比例為斷開占空比D′off,D′off=toff/T。開關周期等于開關頻率的倒數,即T=1/f。例如一個開關電源的工作頻率是100kHz,它的周期是T=1/100×103μs=10μs。很明顯,接通占空比越大,開關管接通時間越長,變換器輸出的電壓越高,負載感應電壓越高,工作頻率越高。這對于開關電源的高頻變壓器實現小型化有幫助,同時,能量傳遞的速度也快。但是,對于開關電源的高頻、開關功率管、控制集成電路以及輸入整流二極管來說,由于工作頻率的提高,導致開關管、高頻變壓器的發熱量大、損耗大、效率低。對于不同的變換器形式,所選用的占空比大小是不一樣的。

圖1-2 占空比示意圖
開關電源與鐵心變壓器電源以及其他形式的電源比較起來具有較多的優點:
1)節能:綠色電源是開關電源中用途最為廣泛的電源,它的效率可達到90%,質量好的可達到95%,甚至更高,而鐵心變壓器的效率只有70%或者更低。美國一般家用電器和工業電氣化設備的單機能源效率大于92%。美國的“能源之星”對電子鎮流器、開關電源以及家用電器的效率都制定有很仔細的、非常嚴格的規章條款。
2)電源的體積小、重量輕。據統計,100W的鐵心變壓器的重量為1200g左右,體積達到350cm3,100W的開關電源的重量只有250g,而敞開式電源的重量更輕,體積不到鐵心變壓器的1/4。
3)開關電源具有保護功能。在過載、輕載時能實施保護,不易損壞。而其他電源由于本身的原因或使用不當,發生短路或斷路甚至燒毀的事故較多,安全性很差。
4)能方便地改變輸出電流、電壓,且穩定可控。
5)能根據用戶要求,可設計出各種具有特殊功能的電源。如數字電源、程序遙控電源、水下機器人電源、航天航空高溫高壓電源等,以滿足人們的需要。
1.1.3 開關電源的分類
目前開關電源的種類很多,結構既有簡單的也有復雜的,下面從五個方面進行劃分:
1.按工作性質分類
所謂工作性質就是開關電源的“開”和“關”的特點,按其特點分為“硬開關”和“軟開關”兩種。硬開關是指電子脈沖,在外加信號的控制下強行對開關晶體管進行“通”和“斷”,而與電子開關自身流過的電流以及兩端加入的電壓無關,只與脈沖開關信號有關。顯然,開關管處在接通和關斷期間是有電流、電壓存在的,因此,這種工作方式是有損耗的。但是這種變換方式比其他變換方式的控制形式簡單很多,成本也較低,所以硬開關現在在很多地方仍然應用,如脈寬調制(Pulse Width Modulation,PWM)器就屬于硬開關。目前,很多開關電源都用PWM來控制,因為技術要求不很高,所以用得比較多。另一類叫軟開關,電子開關在零電壓下導通,在零電流下關斷??梢婋娮娱_關是在“零狀態”下工作的,在這種狀態下工作的開關電源,理論上,其損耗為零,工作效率很高,軟開關還對浪涌電壓、脈沖尖峰電壓有很強的抑制能力,它的工作頻率可以提高到5MHz以上,開關電源的重量和體積則可進行更大的改變。為了實現零電壓導通和零電流關斷,工程師們常常采用諧振的方法。從電子理論可知道,諧振就是容抗等于感抗,總的電抗為零,這樣電路中的電流為無窮大,如果適時將正弦波電壓加到并聯電感回路上,這時電感上的電壓也為無窮大,諧振就會出現。利用諧振時的正弦波,實現軟開關。電路上的正弦波振蕩到零時,電子開關導通,稱為零電壓導通;當電子開關的電流振蕩到零時,電子開關關斷,稱為零電流關斷??傊?,電子開關具有零電壓導通、零電流關斷的外部條件,叫軟開關。這種變換器叫準諧振變換器。要實現軟開關,工程師們利用高頻頻率測試儀,觀察諧振波形,調整開關管的導通時間,使電路上的電壓處在諧振波谷點上,調整串接在振蕩變壓器一次繞組上的一個小電容,再固定開關管的導通時間,通過調整頻率,觀看高頻儀上的波形,直到出現諧振,從而獲得準諧振變換器的模式。必須指出,準諧振變換器開關電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化,它的輸出電流也不隨輸入電流的變化而變化,這種開關電源的變換器依靠諧振頻率來穩定輸出電壓,叫調頻開關電源。調頻開關電源沒有脈寬調制開關電源那么容易控制,再加上高頻變壓器一次繞組上的峰值電壓高,開關管所承受的應力大,目前還沒有得到廣泛應用。
2.按變換方式分類
本書所描述的電能變換是通過脈沖寬度改變來傳遞電能的大小,包括有AC/DC、DC/DC、DC/AC、AC/AC等四種,而AC/DC、DC/DC變換是開關電源變換的基本類型,通過控制占空比,改變開關管的通斷時間,用電抗器與電容器上蓄積的能量對開關波形進行微分平滑處理,從而有效地調整輸出電壓。但是,這種變換方式,要想取得理想的效果,還必須對電路設計,及高頻變壓器設計,采用準確有效的計算方法,對提高開關電源效率,提高EMI能力,延長電源壽命才能起到至關重要的效果。
3.按輸入輸出有無變壓器隔離分類
一般AC/DC、AC/AC兩種變換是有變壓器隔離的,而DC/DC變換又分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。每一類有6種拓撲,即降壓式(Buck)、升壓式(Boost)、升壓-降壓式(Boost-Buck)、串聯式(Cuk)、并聯式(Sepic)以及塞達式(Zata),降壓式、升壓式兩種在開關電源DC/DC變換中應用比較多,因為它的電路比較簡單、使用安全、轉換的效率較高。
4.按激勵方式分類
按激勵方式分,有自激式和他激式。自激式包括單激式和推挽式,他激式包括脈沖調頻式(PFM)、脈沖調寬式(PWM)、脈沖調幅式(PAM)和脈沖諧振式(RSM),我們用得最多的是脈沖調寬變換器。脈沖調寬變換器有以下幾種:正激式(Forward Converter Mode)、反激式(Feedback Converter Mode)、半橋式(Half Bridge Mode)、全橋式(Overall Bridge Mode)、推挽式(Push Draw Mode)和阻塞式(Ringing Choke Converter)等6種。正激式、反激式、半橋式、全橋式、推挽式這5種在市面上出現較多,應用十分廣泛。
5.按諧振方式分類
諧振有串聯諧振、并聯諧振和串并聯諧振,變換器按這3種諧振劃分出了3種方式;另外按能量傳遞形式來分,有連續和不連續兩種。往往一種變換方式包含有激勵方式、諧振方式和能量傳遞方式。例如,大功率、高性能、雙管正激式、輸出連續傳遞的ML4800電路,包含有多種變換,所以說不能以一種變換方式,來確定電源的變換方式。
1.1.4 開關電源的結構形式
1.反激式單晶體管變換電路
所謂反激式是指變壓器的一次側極性與二次側極性相反,其基本電路如圖1-3所示。如果變壓器的一次側上端為正,則二次側上端為負。反激式變換器效率高,電路簡單,能提供多路輸出,所以得到了廣泛應用。但是在二次側輸出的電壓中,有較大的紋波電壓。為了解決這一問題,只有加大輸出濾波電容和電感,但這樣做的結果是增大了電源的體積。最近,開發人員發現利用小型LC噪聲濾波器效果比較好。反激式變換器有兩種工作模式:一種是完全能量轉換,即變壓器在儲能周期ton中存儲的所有能量在反激周期toff中傳遞輸送出去;另一種是不完全能量轉換,即變壓器在儲能周期ton中存儲的部分能量在反激周期toff中一直保存著,直至等到下一個儲能周期ton。在脈寬調制開關變換器中引用完全能量轉換模式,可以減少控制電路觸發脈沖的寬度,但也會出現波形失真和調制困難等一些問題。

圖1-3 反激式變換電路
反激式變換器是怎樣工作的呢?當開關晶體管VT截止時(見圖1-3a),變壓器一次側所積蓄的電能向二次側傳送,這時變壓器二次繞組下端為負、上端為正,二極管VD正向導通,導通電壓經電容C濾波后向負載RL供給電能。當變壓器一次側存儲的電能釋放到一定程度后,電源電壓Vin通過變壓器的一次繞組N1向晶體管VT的集電極充電,N1又開始儲能。V1上升到一定程度后,晶體管VT截止,又開始了新一輪放電。在充電周期,變換器的輸出電壓為Vo=(N2/N1)VinD,其中D為占空比。從圖1-3b可以看出,開關管與整流二極管的電流波形為相位相差180°的兩個鋸齒波。
2.反激式雙晶體管變換電路
開關電源的功率在200W以上時,不宜采用反激式單晶體管變換電路,這時可以利用反激式雙晶體管結構,兩管可用雙極型晶體管或功率場效應晶體管。其中,場效應晶體管特別適用,無論是固定頻率、可變頻率、完全和不完全能量傳遞方式,還是電源價格比,用場效應晶體管代替雙極型晶體管是首選方案。
反激式雙晶體管變換電路的基本電路如圖1-4a所示。高頻變壓器TR1的一次繞組通過兩只場效應晶體管接到直流電源Vin上。兩只場效應晶體管需要同時導通、同時截止,要達到目的要求通過兩個相同相位但又互相隔離的信號,一般用一只雙路輸出的變壓器TR2。與前面介紹的反激式單晶體管變換電路一樣,場效應晶體管導通時,只把能量存在磁路中;場效應晶體管截止時,磁能轉化為電能送到負載中。二極管VD1、VD2是交叉連接的,這樣可把過剩的能量反饋回電源Vin中,并把兩只場效應晶體管都鉗位在Vin電壓水平上。所以,采用市電橋式整流的電路,可選用耐壓為400V的場效應晶體管。

圖1-4 反激式雙晶體管變換電路
在圖1-4a所示電路中,變壓器漏感起著重要作用。當VT1和VT2導通時,直流電壓Vin加在變壓器一次繞組Np上。設繞組的同名端為正,那么輸出整流二極管VD3將正向偏置且導通,這樣二次繞組中有電流流通,它的漏感為LLS。在導通期間,變壓器一次繞組的電流呈線性增加,如圖1-4b所示。
在導通末期,存儲在變壓器中可耦合到二次側的磁場能量為I2PLLP/2。一旦VT1和VT2同時截止,二次繞組電流IS降為零。然而,磁感應強度沒有改變,則通過反激作用,變壓器上所有的電壓將反向。二極管VD1、VD2也導通,一次繞組在反激電壓作用下使供電電源保持Vin值。由于繞組的極性反向,二次繞組感應出的反向電動勢將導致整流二極管VD3截止。二次繞組感應的電流為nIp值時(n=NP/NS),存儲在二次繞組的漏感LLS中的能量反饋到電源Vin中,則一次繞組電壓VP降至二次繞組反射電壓。此時,二次繞組電壓等于C3上的電壓折算到一次繞組。通過設計使鉗位電壓小于供電電源電壓Vin,否則,反激能量將回送到供電電源中。然而,在正常條件下,對于一個完善的能量變換系統,兩只場效應晶體管剛截止關斷時,存儲在變壓器磁場中的能量將轉移到輸出電容和負載上。在兩只場效應晶體管截止關斷的末期,新一輪周期將開始。
反激式雙晶體管變換電路在任何條件下,兩只場效應晶體管所承受的電壓都不會超過Vin。VD1、VD2必須是超快速恢復二極管。因為這些元器件在電壓超值時特別容易損壞,與反激式單晶體管變換電路相比,開關功率管可選用較低的耐壓值。
反激開始時,存儲在一次漏電感中的電能經VD1、VD2進行反饋,系統能量損耗小、效率高。當負載減小時,在電路導通期間,變壓器一次繞組中存儲過多的電能,那么,在下個周期反激時,將電能反饋至電源Vin,降低損耗。
反激式雙晶體管變換電路與反激式單晶體管變換電路相比,高頻變壓器不需要反饋繞組。這對于生產商來說,有利于降低成本,縮小體積。
3.正激式單晶體管變換電路
如圖1-5a所示,正激式單晶體管變換電路的變壓器純粹是個隔離元件,它的一次側分為兩組N1a和N1b,中心抽頭接輸入電壓的正極,兩端分別接二極管VDF和開關晶體管VT的集電極。二次繞組接整流二極管VD1、續流二極管VD2以及電感器L。正激式單晶體管變換電路是利用電感L儲能及傳送電能的。變壓器的一次和二次繞組是相同的同名端,由于電感L的存在,它的電感反射到一次側,使一次電感增大。

圖1-5 正激式單晶體管變換電路
正激式單晶體管變換電路的工作原理是這樣的:開關晶體管VT截止時,在電感的反激作用下,VD2正向導通,導通后的電路通過電感L和負載RL構成回路,這時電感上的電壓等于輸出電壓Vo。電感L中存儲的能量的大小將影響輸出電壓的峰值。由圖1-5可知,電感電流等于峰值電流。當開關晶體管VT導通時,電源電壓經變壓器一次繞組向晶體管VT充電,這時變壓器一次繞組N1儲能,而繞組N2在二極管VD2的作用下釋放電能,結果VD1導通,VD2截止。VD1向電感L供電,“感化”儲能,輸出直流電壓。當晶體管VT截止時,電感器L積蓄的電能經二極管VD2整流、LC濾波后,向負載供電。正激式單晶體管變換電路二次側整流二極管與開關管集電極的電流是一致的。輸出電壓Vo=(N2/N1)VinD。正激式單晶體管變換電路的優點是銅損低,因為使用無氣隙磁心,電感量較高,變壓器的峰值電流比較小,輸出電壓紋波低;缺點是電路較為復雜,所用元器件多,如果有假負載存在,效率將降低。電源處于空載,也有一些損耗。它適用于低電壓、大電流的開關電源,多用于150W以下的小功率場合。它還具有多臺電源并聯使用而互不受影響的特點,而且可以自動均壓,而反激式卻不能做到這點。
4.正激式雙晶體管變換電路
正激式雙晶體管變換電路(又稱正激式雙管變換電路)是在正激式單晶體管變換電路上再串接一只晶體管而組成的,這對于高壓大功率的開關電源來說更加安全可靠。安全可靠是最大的效益,所以雙管正激式變換電路得到了廣泛應用。
如圖1-6所示,晶體管VT1、VT2在工作期間同時導通,或者同時截止。在導通時,電源電壓Vin加在變壓器TR2的一次繞組NP上。在這個工作周期里,電感L1已經存儲了電能,電流通過續流二極管流VD4后經電感器L1向負載RL供電。由于VT1、VT2的導通,變壓器TR2的一次繞組NP向二次繞組NS感應了電動勢,整流二極管VD3在正向電壓作用下導通,便有電流IL向負載RL供電。但是,供電時間受到二次繞組漏感的影響,IL繼續保持。在此期間,流經VD4的電流快速減小,直至VD4轉為截止。當VT1、VT2截止時,二次繞組電壓反向,這時二極管VD3很快截止。在電感L1的反激下,VD4進入導通狀態,電流經VD4、L1向負載RL供電。當IL慢慢減小后,在變壓器一次電壓Vin的幫助下,VT1、VT2再次進入導通狀態,這就是正激式雙晶體管變換電路的電能傳遞過程。

圖1-6 正激式雙晶體管變換電路
5.半橋式變換電路
為了減小開關晶體管的電壓應力,可以采用半橋式變換電路,它是離線式開關電源較好的拓撲結構。電容器C1、C2與開關晶體管VT1、VT2組成半橋式變換電路,如圖1-7所示。橋的對角線接高頻變壓器TR的一次繞組。如果C1=C2,當電源Vin接通后,某一只開關晶體管導通,繞組上的電壓只有電源電壓Vin的一半。在穩定的條件下,VT1導通,C1上的電壓Vin/2加在變壓器的一次繞組上。由于一次繞組電感和漏感的作用,電流繼續流入一次繞組黑點標示端。如果變壓器一次繞組漏感存儲的電能足夠大,二極管VD6導通,鉗位電壓進一步變負。在VD6導通的過程中,反激能量對C2進行充電。連接點A的電壓在阻尼電阻的作用下,以振蕩形式最后回到中間值。如果這時VT2的基極有觸發脈沖,則VT2導通,一次繞組黑點標示電壓變負,IP電流加上磁化電流流經一次繞組和VT2,然后重復前面的過程。不同的是IP變換了方向。二極管VD5對晶體管VT1的導通鉗位,反激能量再對電容C1進行充電。

圖1-7 半橋式變換電路
二次電路的工作過程如下:當VT1導通時,變壓器二次繞組電壓VS使VD1導通,這與正激式變換電路的工作相同。當VT1截止時,兩個繞組的電壓都下降。在二次電感L的反激下,儲能繼續向負載RL提供電能。當變壓器二次繞組電壓下降到零時,二極管VD2起著續流作用,二次電壓VS下降到零。在穩定的條件下,晶體管處于導通期間,通過L的電流增加;當晶體管關斷截止時,L上的電流減小,這期間它的平均值等于輸出電流Io。輸出電壓為

由上式可知,通過控制占空比D,在電源電壓Vin和負載電流Io發生變化時,可以保持輸出電壓Vo不變。
半橋式變換電路要求VT1、VT2具有相同的開關特性,但是,即使是在相同的基極脈沖寬度的作用下,也很難保證兩只晶體管導通和截止的時間相同。如果用這種不平衡的波形驅動變壓器,將會產生偏磁現象,其結果將導致磁心產生磁飽和,從而降低了效率,嚴重時將導致晶體管燒毀。解決的辦法是在一次側加一只電容C4。
6.橋式變換電路
橋式變換電路由4只開關晶體管組成,與前面介紹的半橋式變換電路相比,多了兩只晶體管,如圖1-8所示。在一個電子開關周期中,4只晶體管中每一條對角線上的兩只管子為一組。它們的“開”和“關”與占空比有關。當給VT1、VT3以等量觸發脈沖時,兩只晶體管同時導通,等到觸發脈沖消失后,兩只晶體管又同時截止。電源電壓經VT1流入變壓器一次繞組NP,并經VT3到電源負極。在這一過程中,變壓器一次電流IP逐漸升高。這時,變壓器的二次側得到感應電壓,使整流二極管VD1的電壓上升,VD2的電壓下降。這一變化的快慢是由二次繞組NS的漏感及二極管VD1、VD2的性能決定的。如果輸出大電流、低電壓時,工作頻率的影響更大。由于變壓器一次電能的增加,二次繞組的感應電流也跟著上升,二極管VD2慢慢進入反向偏置狀態,二極管VD1卻進入正向導通,電感L的電壓緊跟著上升。L上的電感在反向電動勢的作用下,對變壓器的一次繞組進行“磁化”,“磁化”的結果是使VT1、VT3截止。VT2、VT4在電壓Vin的作用下趨向導通,又開始了新一輪的“開”“關”工作循環。橋式變換電路和正激式變換電路的輸出電壓相同。

圖1-8 橋式變換電路
7.推挽式變換電路
在驅動脈沖的作用下,VT1、VT2交替導通、截止,如圖1-9所示。當VT1導通時,電源電壓Vin加到變壓器一次繞組N1b上,VT2的集電極通過變壓器耦合作用承受2Vin的電壓。二次繞組N2a的上端為正。電流ID1經VD1整流和C濾波后送到負載RL上。一次電流IC1是負載電流折算到一次電流與一次電感磁化電流之和。VT1導通時的一次電流隨時間增加而增加,導通時間由驅動脈沖的寬度而定。VT1截止是一次繞組儲能和漏感共同作用的結果。VT1的集電極電壓上升,通過變壓器繞組N1a、N1b的耦合,VT2的集電極電壓下降。當VT2的集電極電壓下降到零時,N1a所存儲的電能反饋到電源Vin中去。在反饋時,也反激到二次側,使VD2導通,將電能送到負載上。在運行中,如果VT1、VT2都處于截止狀態,那么這段時間稱為死區時間。在此期間,扼流圈L1有一段保持電流的時間,這時電流流向負載。二次側的兩個繞組和兩只整流二極管形成一個完整的回路。推挽式隔離變換電路與其他形式的變換電路基本相同,但與正激式變換電路不同的是,它用兩只管子進行推挽,變壓器采用中心抽頭連接,二次側也是兩相半波整流。因此,它相當于兩個正激式變換電路工作的形式。這類變換電路比較復雜,尤其是變壓器的一次和二次側都需要兩個繞組,但是它的利用率較高,效率高,輸出紋波電壓小,適合用于百瓦級至千瓦級的開關電源中。

圖1-9 推挽式變換電路
推挽式變換電路由于使用兩只晶體管,有時也會出現偏磁現象,出現這一現象是由兩只開關晶體管的存儲時間和開關時間的差異所致。加在變壓器上的正、負電壓的持續時間不同,經過幾個周期的積累,就會出現單繞組勵磁飽和現象和所謂的偏磁現象。在選用晶體管時,盡量使兩只晶體管的技術參數保持一致。其次,在設計時,它的工作頻率應小于100kHz。
8.RCC變換電路
RCC變換電路是節流式阻尼變換電路,是一種自激式振蕩電路,它的工作頻率隨著輸入電壓的高低和輸出電流的大小而變化,因此在高功率、大電流場合,它的工作不很穩定,只適用于50W以下的小功率場合。但其結構簡單,成本低,制作、調試容易,因此,有一定的應用價值。它的工作原理是這樣的(見圖1-10):當晶體管VT截止時,變壓器一次側所積蓄的電能耦合到二次繞組N2,如果N2上端為正,則二極管VD導通,流過VD的電流ID經C濾波后向負載RL供電。變壓器一次繞組N1的蓄能逐漸減小,電源電壓Vin通過繞組Nb和電阻RB不停地反向供電,再加上Nb受二次漏感的影響和N2的反向激勵作用,使RB上的電壓快速建立,建立的結果是VT由導通變為飽和。圖中IC與ID是兩個相反的鋸齒波電流,V1和V2是兩個相位差為180°的矩形脈沖電壓。

圖1-10 RCC變換電路