1.2 開關(guān)電源設(shè)計要求和原則

1.2.1 反激式電路設(shè)計要求和原則

所謂反激式是變壓器里的勵磁方向與變壓器外的勵磁方向在外圍元器件的作用下方向相反；而且，變壓器的一次繞組與二次繞組的起點上下不同，它的基本電路如圖1-11所示。反激式變換電源的轉(zhuǎn)換效率高，能提供多路輸出，而且電路較為簡單，如果附加上控制電路，就能實現(xiàn)高效、低耗、輸出穩(wěn)定的高等電源。

在反激式變換電路設(shè)計中，如果要求電源的調(diào)整率較高時，可在二次電路輸出采用穩(wěn)定性好、線性度高的復(fù)合式光電反饋集電器；如果要求輸出電壓不高、輸出電流在1A左右，則可采用標準三端穩(wěn)壓塊調(diào)節(jié)負反饋電流，進行脈寬調(diào)整輸出，也是合適的。

設(shè)計反激式變換電路，一般有兩種工作方式：一種是完全能量變換方式，即電感電流不連續(xù)傳輸，就是在電能變換過程中，高頻變壓器的一次繞組在儲能周期（ton），變壓器所存儲的所有能量在反激周期（toff），全部運送到輸出端，這為變換降低損耗、防止出現(xiàn)磁飽和起到很好的作用；另一種是“不完全能量變換”，即電感電流連續(xù)傳輸，存儲在變壓器中的能量，高頻變壓器的一次繞組在儲能周期（ton），部分電能保留到下一個儲能周期（ton）。這兩種工作方式的小信號傳遞函數(shù)是不同的，在設(shè)計電路時動態(tài)分析要采取不同的方式，其目的要求兩種能量變換方式都能使電源穩(wěn)定工作，但如果在同一種電路實現(xiàn)兩種能量變換方式，在設(shè)計上很難達到。如果開關(guān)電源在脈寬調(diào)制變換中，引用電流模式控制，這可以減少控制電路所遇到的各種問題，尤其是對完全能量變換所出現(xiàn)的問題，但要求控制電路降低瞬態(tài)響應(yīng)速度，這又給動態(tài)負載變動使輸出穩(wěn)定帶來麻煩。

反激式變換電路設(shè)計對于多路輸出要求滿足小于6%的穩(wěn)定度，有一定的難度，但只要對多路輸出的各路反饋參數(shù)進行精確計算，設(shè)計好瞬態(tài)響應(yīng)時間，是可以解決的。

設(shè)計中還要注意加載的過程、負載特征及各負載同步情況變化，否則電路將會產(chǎn)生共模或差模各種干擾。若有電磁干擾，設(shè)計工程師必須采用屏蔽、濾波等方法加以消除。另外，還可以通過同步或移相時鐘系統(tǒng)來減少低頻內(nèi)部調(diào)制干擾的信號頻率。對高頻變壓器的設(shè)計是整個電源設(shè)計的重中之重，其設(shè)計方法和設(shè)計原則必須十分小心：

第一，高頻變壓器的一次繞組與二次繞組的匝數(shù)比，應(yīng)嚴格按計算結(jié)果進行繞制，使輸入最高電壓Vimax降到最低電壓Vimin時，輸出電壓Vo仍在用戶所要求的變化范圍之內(nèi)，否則將重新改變反饋控制系數(shù)，或重新設(shè)計瞬態(tài)響應(yīng)頻率。

第二，電源在輸入電壓升至最高（Vimax）、占空比進入最大（Dmax）運行期間，這時變壓器磁心的磁感應(yīng)強度也運行在臨界值之內(nèi)，絕不允許變壓器磁心出現(xiàn)磁飽和，否則將重新選擇磁心或者重新設(shè)計變壓器，更不允許變壓器一次繞組爆裂。

第三，當電源負載加到最大，變壓器的溫度在國際標準規(guī)定值范圍之內(nèi)，負載加大到額定負載的1.3倍時，5min之內(nèi)，變壓器溫度不得超過105℃，否則將影響電源的安全穩(wěn)定。

第四，評判電源的損耗低的一個重要標準是銅損和鐵損相近，變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)損耗相等，漏感降到最小，最簡單的測試是用手摸變壓器不感到燙手（斷開電源），聽不見變壓器有任何的“吱吱”聲。特別要求反激式變換電路的電感伏秒值相等。有

式中，，n為二次繞組匝數(shù)NS與一次繞組匝數(shù)NP之比。

式中，VP（min）為變壓器一次繞組匝數(shù)最低電壓；VDF為變壓器二次側(cè)整流二極管壓降；VL為二次側(cè)濾波電感壓降；VDS（on）為開關(guān)管導(dǎo)通電壓。

變壓器一次繞組加進最高電壓VP（max）時，若占空比最大（即導(dǎo)通時間為ton（max）時），要保證磁心不出現(xiàn)飽和，這時的磁心磁感應(yīng)強度要在-BW～+BW變化有足夠?qū)挼姆秶駝t出現(xiàn)磁飽和。寬范圍磁感應(yīng)強度在磁心截面積上的磁通Φ為

Φ=Ae（BW-Br）

式中，BW為鐵心工作磁感應(yīng)強度；Br為剩余磁磁感應(yīng)強度；Ae為磁心中心柱截面積。變壓器一次繞組匝數(shù)模擬計算公式為

式中，Br與多種因素相關(guān)，也難用儀器儀表測定，而且數(shù)量級不是很大，一般情況下可忽略。多路輸出電路的高頻變壓器一次繞組所需的匝數(shù)為

式中，Kg為電路輸出的組數(shù)，不同的組數(shù)Kg值不同，Kg一般為1～4。

變壓器的銅損與其一次繞組直流電阻RDC有關(guān)：

式中，ρ為電阻率，單位為；AP為磁心窗口面積，單位為mm2；l為一次繞組導(dǎo)線的長度，單位為m；K為繞組面積占有率。

設(shè)計反激式連續(xù)開關(guān)電源時，它的輸出電壓是由峰值開關(guān)電流控制的，部分輸出電壓分流給了誤差放大器，而誤差放大器的輸出電壓與開關(guān)管理的斜坡電流成一定比例，開關(guān)管在導(dǎo)通時存在導(dǎo)通壓降，它的計算如下：

MOSFET的導(dǎo)通壓降是計算高頻變壓器的一項重要參數(shù)，我們選用MOSFET時，它的導(dǎo)通電阻越小越好，因為它決定開關(guān)管的開關(guān)速度、發(fā)熱量，直接影響整個電源的效率。

在反激式變換中，如果調(diào)整率要求較高時，可在高頻變壓器二次繞組采用線性集成穩(wěn)壓器，即TL431。如果輸出電流不大，可采用標準三端穩(wěn)壓線性調(diào)節(jié)器。反激式變換輸出紋波電壓較高，解決的辦法是二次整流二極管上面增加一小型LC噪聲濾波器，其次增加輸出濾波電容的容量。反激式電路如果采用了不完全能量傳遞方式，會出現(xiàn)直流分量，這時需要增加磁心氣隙，從而使變壓器增強傳遞電能的能力。也可以把磁心的磁感應(yīng)強度ΔB稍取小一點，ΔB的降低，會引起磁損耗的下降。

1.2.2 正激式電源設(shè)計要求和原則

正激式變換電路與反激式變換電路的最大差別是高頻變壓器的一次與二次繞組的起點相反，這樣變壓器內(nèi)外的勵磁電壓的方向相同。當開關(guān)管VT關(guān)斷時，二次繞組的續(xù)流二極管VD2和儲能元件L構(gòu)成放能面，向負載RL供應(yīng)電能。特別指出的是，反激式變換電路對儲能元件L沒有那么重要。如圖1-12所示，當開關(guān)晶體管VT導(dǎo)通時，二次繞組上的儲能電感L的電流線性增加，有。

當開關(guān)晶體管VT關(guān)斷時，在二次繞組的反激作用下，電感L上的電壓反向，使VD2導(dǎo)通，構(gòu)成續(xù)流回路，電感L上的電流iL向負載RL供電，使iL逐漸減少，有。

正激式變換電路輸出電壓的大小決定于高頻變壓器的匝數(shù)比和開關(guān)電路的占空比D，這與反激式變換電路一樣，只是工作頻率和占空比的設(shè)計值要小一點。一次繞組的匝數(shù)比反激式多一點。

上式表明，當變壓器二次電壓VS發(fā)生變動時，要保持輸出電壓Vo不變，只有改變占空比D，這就是開關(guān)電源脈寬調(diào)制的原理。

從圖1-12看出，濾波電感L在正激式變換電路里它的主要作用是儲能，其電感量的大小由最低負載電流決定，它也分電流連續(xù)和不連續(xù)兩種工作方式。只要輸出電流保持不變，并保持輸出電流波形的斜率，不因負載的變化而改變。一般負載電流ILC等于流經(jīng)電感峰值電流的一半，即

當輸出電流Io小于負載電流ILC時，電感上的電流iL就進入電流不連續(xù)方式，否則，為連續(xù)方式。如果要使輸出電流達到穩(wěn)定，而輸入電壓（或VS）有變動，就必須調(diào)整占空比來使輸出電流Io穩(wěn)定，所以說，占空比D對正激式變換電路是重要的。

電感L對正激式多路電壓輸出時，選用值比設(shè)計值要大，這是因為輸出電流在閉環(huán)上運行，由于多路輸出，反饋電流分流，占空比的調(diào)節(jié)難以平衡負載電流的需求，就會出現(xiàn)各支路電流下降。但是電感值太大，將導(dǎo)致?lián)p耗加大，電源效率下降，同時還會出現(xiàn)負載變化率加大等不良現(xiàn)象。

多路輸出的所有二次繞組，必須遵循各繞組的正、反向伏秒值相等原則，各繞組不因某一組或幾組負載加大影響設(shè)計輸出電壓穩(wěn)定。同樣，負載為零時，各路輸出電壓也不能發(fā)生變動。有公式為證：

因為，，也可寫為Vo=nVSD。

為滿足上式，根據(jù)VS（min）、ton（max）兩參數(shù)變量，并考慮二次側(cè)整流二極管壓降VDF代入得到

要保證磁心在輸入最高電壓VP（max）、最大占空比（Dmax）、電源承受的負載能力Io（max）最大時，磁心不出現(xiàn)磁飽和，這是正激式電源設(shè)計的基本要求。要滿足最大負載功率輸出，必須最大限度降低銅損和鐵損，正確選用工作頻率，擴大占空比的調(diào)節(jié)范圍。這是一般對正激式電源的設(shè)計原則，使用的工作頻率和占空比要比反激式低，這是因為正激式高頻變壓器的高頻電阻比反激式高，高頻電流流過變壓器繞組會產(chǎn)生趨膚效應(yīng)。為降低趨膚效應(yīng)以最高限度流入繞組的電流要適當?shù)剡x用繞組銅線的線徑，正確地計算出繞組運行在高頻率下的阻抗。

式中，K′為高頻直流電阻（RHT）與直流電阻（RDC）之比，直流電阻的計算公式如下：

式中，K為變壓器繞組在磁心窗口的占有率。

變壓器一次繞組的功耗為I2PRHF。若一次側(cè)和二次側(cè)的銅損相等，則繞組上的總銅損將下降，即。只要一次側(cè)和二次側(cè)的損耗相等，電源的損耗則最低。

變壓器的鐵損是按鐵心磁感應(yīng)強度的2.4次方增加的，這種損耗是根據(jù)材料種類、形狀、溫度及頻率的不同而不同。

所有形式的變壓器的銅損和鐵損，其中的銅損在變壓器的一次繞組與二次繞組相等時，總損耗是最小的。對于繞線的方法，應(yīng)將一次繞組和二次繞組的位置盡可能安排均等一些，一般采用一次繞組和二次繞組交替繞制。這種繞線方法可使漏感減小，使變壓器的勵磁交錯均衡。對于大電流輸出，二次繞組需采用多股導(dǎo)線繞制，防止或降低趨膚效應(yīng)出現(xiàn)。

在同等功率輸出下，正激式變換器的漏極電流峰值比反激式漏極峰值小一些，反激式變換電路的二次輸出不需要電感，它一般用于功率較小的場合，而正激式變換電路可用在低電壓、大電流、大功率的場合。但反激式并聯(lián)工作容易，電流輸出均衡。另外正激式可使用無氣隙磁心，電感值高，一次和二次的峰值電流較小，因此銅損低。另外正激式變換電路的二次電路有電感電流和續(xù)流電流存在，使得濾波電容的儲能電流保持在較低的數(shù)值，但是工作狀態(tài)進入不連續(xù)方式，就會在輔助繞組上產(chǎn)生過電壓，如果加入假負載，則效率下降。

正激式變換器與反激式變換器相比具有銅損低，開關(guān)管所承受電壓峰值較低，這是因為正激式高頻變壓器一般采用無氣隙的磁心，電感量較高，一次繞組、二次繞組的電流峰值小。因此，銅損較小，在多數(shù)情況下，同等功率所用鐵心的尺寸比反激式變換器要小得多。但是正激式變換器的電路復(fù)雜，電路設(shè)計難度較大，如果出現(xiàn)假負載，電源效率下降很多，有時會出現(xiàn)停止工作。

1.2.3 半橋式電源設(shè)計要求和原則

半橋式變換器是離線開關(guān)電源較好的拓撲結(jié)構(gòu)。如圖1-13所示，電容器C1、C2與開關(guān)晶體管VT1、VT2組成半橋式變換電路。橋的對角線接高頻變壓器TR一次繞組的上下兩端，故稱半橋式變換開關(guān)電源。如果C1=C2，某一開關(guān)晶體管導(dǎo)通時，供電電壓Vin使橋路的一只開關(guān)管導(dǎo)通，給電容C1和C2充電，一次繞組LP承受供電電壓的一半，另一半加在另一只電容上。由于一次繞組電感和漏感作用，電流繼續(xù)流入一次繞組黑點標識的端點。如果變壓器一次繞組存儲的電能足夠大，二極管VD4導(dǎo)通，鉗位電壓進一步變負。VD4導(dǎo)通后，電感上的電能對C2充電，A點的電壓在阻尼電阻R2的作用下，使電容C2上的電壓回到平均值。如果這時VT2的基極有觸發(fā)脈沖作用，VT2馬上導(dǎo)通，一次繞組黑點標識電壓即由正變負，一次電流IP外加勵磁的磁化電流一起流入VT2，然后重復(fù)上述過程。晶體管在導(dǎo)通期間，流過L的電流增加，而晶體管在截止時，流過L的電流減少，平均電流處在VD1、VD2全波整流的條件下是脈動不變的電流Io，它的輸出電壓為

式中，n為變壓器匝數(shù)比。控制轉(zhuǎn)換過程的占空比D，它使輸入電壓和負載電流發(fā)生變化時輸出電壓保持恒定不變。這說明輸出電壓Vo與輸入電壓、變壓器匝數(shù)比以及調(diào)制占空比有直接關(guān)系。

對半橋式變換電源的設(shè)計要求如下：

1）要求兩只開關(guān)晶體管具有相同或十分接近的頻率特性、開關(guān)特性、開關(guān)管的輸入、輸出阻抗，尤其是開關(guān)管的導(dǎo)通阻抗。要認真選用，不允許出現(xiàn)“直通車”“趨向飽和”等十分惡劣的現(xiàn)象出現(xiàn)。

2）要求振蕩頻率穩(wěn)定，否則電源的質(zhì)量不能滿足。對于電流式振蕩器，它的頻率波形是由外部電容CF和反饋電阻RF，以及橋臂的泄放電阻RD決定的，計算公式如下：

式中，TOSC是諧振振蕩頻率周期；tIRS是在振蕩啟動的電流充電時間；tITS是在振蕩啟動的電流放電時間。

最高頻率的高低，很大程度決定半橋式電源的輸出功率，而最高頻率的精確性與電路的延遲時間減少有關(guān)。

3）半橋式、全橋式以及推挽式都用在500W以上的大功率場合，對于電路保護仍是電源維持壽命的重點，首先是過電流保護。一般情況下電橋控制電路檢測端電壓超過控制模塊標準電壓0.5V時，這時電感電流閾值就會使控制電流超越正常值的1.3倍，此時導(dǎo)通了開關(guān)管的極限閾值，驅(qū)動器件會急劇地降低驅(qū)動輸出信號，如圖1-13所示。

電感電流的閾值計算由下式得到：

式中，RS為處在過電流狀態(tài)下，檢測端與地的輸入阻抗；RCS為處在正常狀態(tài)下，檢測端與地的電阻；IS（OCP）為電路的過電流保護電流。

設(shè)計人員應(yīng)有條件地選擇好控制元件的檢測電阻，以保證電感電流不超過閾值，使電源安全不受到威脅，這是最基本的要求。

4）過功率限制。檢測電流ICS時刻監(jiān)視著負載的變化和輸入電壓越限過電壓或欠電壓的主要參考值。輸入電壓Uac和電流IVAC，它們的乘積UacIVAC代表輸入功率，當乘積大于容許值時，則將電路的輸出的電壓拉到設(shè)計值Vo的范圍內(nèi)；當輸入電壓Vin被推到最大值時，半橋式控制部件將占空比轉(zhuǎn)換到最小，輸入電流IVAC被限制住，過功率限制的乘積UacIVAC會自動地鈍化，這時的輸入功率為

5）欠電壓鎖定和過熱保護。輸入電壓過低，雖然半橋的兩只開關(guān)晶體管所承受的反向勵磁電壓是安全的，但整個變換電路在這種低壓下反復(fù)勵磁，磁化電流的傳輸電子被堆積在一次繞組和開關(guān)管的漏極區(qū)域之間，這樣，由于啟動電壓不足，使高頻變壓器和開關(guān)管發(fā)熱，經(jīng)過幾個周期，很可能使開關(guān)管燒毀。實施欠電壓鎖定的基本原理就是電路振蕩停止，不使開關(guān)管積聚傳輸電子。如果電路功能具備，加接一只熱敏電阻也是可行的。當電路溫度上升到一定高溫后，熱敏電阻動作被啟動，切斷控制部件或IC的電源，停止工作。但這種熱保護滯后的時間較長、反應(yīng)慢，往往熱敏電阻未啟動，開關(guān)管就燒壞了。如果采用前沿控制技術(shù)與平均電流模式，在全球電壓范圍內(nèi)和負載大擾動下，無需任何監(jiān)控信號，都能使電源在可控范圍內(nèi)運行。

半橋式變換電路是離線開關(guān)電源較好的一種結(jié)構(gòu)，高頻變壓器一次繞組的兩只開關(guān)晶體管基極在相同脈沖寬度的觸發(fā)下，如果兩只晶體管的“開”與“關(guān)”的速度不相等，就產(chǎn)生不平衡的觸發(fā)脈沖去驅(qū)動變壓器，將會產(chǎn)生偏磁現(xiàn)象，致使變壓器出現(xiàn)磁飽和并產(chǎn)生較大的晶體管集電極電流，從而降低了變壓器效率使晶體管失去控制，甚至燒毀，解決的辦法是在一次繞組上串聯(lián)一只小電容，這時平衡的伏秒值的直流偏壓被電容濾掉，釋放了積聚在晶體管極間的電子。

半橋式變壓器的高頻變壓器磁心會出現(xiàn)趨向飽和的現(xiàn)象。如果加到一次繞組的正向脈沖的平均伏秒值與負向脈沖的平均伏秒值不相等，經(jīng)過多次循環(huán)，變換器就有可能逐漸趨向飽和，產(chǎn)生這個現(xiàn)象后，可在電源的進線與變壓器一次繞組串接一只電容；如果全波整流二次側(cè)出現(xiàn)趨向飽和的現(xiàn)象，可在變壓器磁心增加氣隙。增加氣隙后，有可能會阻止階梯式飽和，這時，可用電流控制脈寬進行順序控制，消除可能出現(xiàn)的“磁飽和”。

“直通”是半橋變換器的最大威脅。所謂“直通”是指兩只開關(guān)晶體管在同一時間內(nèi)同時導(dǎo)通的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象將直流電壓的輸入短路了。如果出現(xiàn)這種現(xiàn)象，設(shè)計工程師應(yīng)加大占空比，使晶體管的導(dǎo)通角加大，避免出現(xiàn)直通。

1.2.4 全橋式電源設(shè)計要求和原則

全橋式變換電源電路比較復(fù)雜，它是對模擬電路、數(shù)字電路、電磁理論、材料科學(xué)等多門學(xué)科綜合應(yīng)用的體現(xiàn)，任何現(xiàn)代電源都具備這些領(lǐng)域里的多種技術(shù)，可以說全橋式電源是整個開關(guān)電源中技術(shù)含量最高的一種。

橋式變換電源由4只晶體管組成，它的變壓器只有一個一次繞組，通過正、反向電壓輪換變化，在變壓器的一次繞組得到正、反兩個不同極性的磁通，再經(jīng)過二次繞組全波整流，輸出直流電能，如圖1-14所示，由圖可知，4只晶體管對功率開關(guān)是安全的，最大的反向電壓不會超過電源供電電壓，在很大程度上消除了部分由變壓器漏感和晶體管的D-S極間電容所產(chǎn)生的瞬態(tài)峰值電壓，這樣反激時的電能得到充分利用和快速恢復(fù)，在高壓離線式開關(guān)電源中，雖然開關(guān)管多兩只，它的損耗還是可以接受的。所以，全橋式變換電源在大功率AC/DC變換中應(yīng)用很多。實踐證明，全橋式變換電路采用軟開關(guān)工作方式，它的電氣性能、電磁輻射、轉(zhuǎn)換效率與可靠性等方面，都明顯優(yōu)于硬開關(guān)電源。現(xiàn)代全橋式電源要求具備以下特點：

1）負載均流技術(shù)。具有均流技術(shù)的電源便于擴容。使擴容模塊化、負載均流化的方法很多，最簡單的方法是利用電路開環(huán)調(diào)節(jié)電源輸出阻抗，達到均流，但均流的負載效應(yīng)指標差，均流的響應(yīng)速度慢，效果不理想。第二是平均電流法，它不需外加控制器，只需一根控制導(dǎo)線連接各單元，調(diào)節(jié)電壓放大器的參考電壓，達到每個單元電流均等。單元模塊監(jiān)控器通過一個電阻驅(qū)動總線。如果某單元電阻上的信號有變化，這個信號反映出負載電流的不平衡，這時信號立即調(diào)整基準電壓，使之達到均流。最后是自動均流法，它是利用單元的電流最大值與每個單元電流比較，其差值來調(diào)節(jié)各單元的參考電壓，使每個單元的電流相等。它用二極管代替平均電流法中的電阻。自動均流法只允許一個均流總線對電源里的各個單元進行信號通信，它向各單元提供性能良好的均流服務(wù)。

2）零電壓脈寬調(diào)制、軟開關(guān)移相控制，是全橋式轉(zhuǎn)換又一新技術(shù)。我們知道，全橋式轉(zhuǎn)換的正半周和負半周對稱相同，卻方向相反，在一個開關(guān)周期里，全程存在著12個不同的工作過程狀態(tài)，除了正負半周的兩只功率管輸出的兩個鉗位續(xù)流過程之外，還有4個諧振過程：振蕩波從死區(qū)開始與諧振交換電流過程；換流釋放過程；一次電感儲能饋送負載過程；從驅(qū)動負載返回電網(wǎng)過程。在這些過程狀態(tài)里，往往主變壓器一次電流上沖或下沖過零，脈寬調(diào)制的占空比會丟失，全橋式轉(zhuǎn)換的驅(qū)動開關(guān)管將進入零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的軟開關(guān)周期，在這周期里控制好12種工作狀態(tài)是非常重要的。圖1-14中的C1的容量與主變壓器NP的一次電感量的配置對這12種狀態(tài)呈現(xiàn)至關(guān)重要，要求在設(shè)計變壓器一次電感量和漏感時留有余地，可在對電容C1調(diào)整時進行更好的補償，消除漏感。

3）開關(guān)電源是一門綜合技術(shù)，也是一門實踐性很強的學(xué)科，不僅是電路設(shè)計重要，就連一個元器件的擺放位置都牽動全局，所以有“三分理論、七分經(jīng)驗”之說，從設(shè)計專題上要滿足技術(shù)要求；實施制作調(diào)試的過程中，要因勢利導(dǎo)，順勢而為，不能逆勢而行，既要注重理論，更要把握好實踐，才能收到行之有效的效果，否則是事倍功半。

橋式變換電路的特點：需要輸出低電壓大電流，一般變換器難以完成，而橋式變換器由于它的二次側(cè)采用全波整流或同步整流，得到超強電磁力傳遞，高強電磁力耦合，變壓器磁心的磁損很低。晶體管的最大反向電壓都不會超過變壓器提供的一次電壓，對變壓器所產(chǎn)生的漏感，也不需要設(shè)計吸收電路。

1.2.5 推挽式電源設(shè)計要求和原則

推挽式變換電路是利用變壓器隔離和脈寬調(diào)制的變換電路。它將變壓器的中心抽頭接到輸入電源的正端，其余兩端分別接到開關(guān)晶體管的漏極如圖1-15所示，對輸入60V以下的直流電源電壓時，推挽式變換比半橋式和全橋式變換電源優(yōu)越，因為推挽式任何時候只有一個開關(guān)元件工作，對于輸出相同的功率，開關(guān)管損耗比較小。所以在低電壓、大功率（1000W以上），多數(shù)采用推挽式變換技術(shù)。為了使輸出穩(wěn)定、高效、低耗，要求研發(fā)人員采取以下措施。

1）對大電流、低電壓輸出的DC/DC變換電路，最大的難題是效率。效率高，電源的價格就高，市場需求量大，對多路輸出的電路，必須要提高每一路的負載調(diào)整率，要達到這一目的，需采用合適的性能優(yōu)越的控制電路和電路元器件，質(zhì)量的優(yōu)劣不但決定電源損耗和效率，還對電源的壽命有直接的影響，其次提高效率，要在輸出二次側(cè)采用高速同步整流技術(shù)，采用這種技術(shù)需要注意是整流管和回流管的兩只MOS管的參數(shù)一致，不能出現(xiàn)同時導(dǎo)通，否則將產(chǎn)生大電流環(huán)流引發(fā)MOS管損壞。

2）推挽式電源在降壓變換方式中，主開關(guān)MOS管斷開時，二次電流通過輸出電感流入負載，由于電感的作用，該電流不會立即中斷，形成負載電流回路，它將影響負載在重載下的穩(wěn)定性，這是設(shè)計工程師要注意的另一個問題。如設(shè)法將驅(qū)動信號延遲，即可將負載回路電流截止，使輸出功率穩(wěn)定，怎樣延遲驅(qū)動信號呢？就是利用電路的閉環(huán)反饋系統(tǒng)的反饋去檢測開關(guān)管的導(dǎo)通電壓，再利用這個導(dǎo)通電壓，去調(diào)節(jié)開關(guān)管從關(guān)閉到開啟的死區(qū)時間，使它延遲，將導(dǎo)通時間最佳化，這樣的結(jié)果還有效地降低了開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷的損耗，并補償了由于負載的變化使開關(guān)管的溫度發(fā)生變化的不良后果。

3）低電壓大電流對推挽式電路帶來的是功耗上升，很多電源產(chǎn)品由此不能進入批量生產(chǎn)，這里很多是元器件的質(zhì)量引起的，也有很多是生產(chǎn)工藝不周全不完善引起的。比如說“老化”這個工藝環(huán)節(jié)，稍有不周就會出現(xiàn)“熱磁”，熱磁是一種物理現(xiàn)象，但對像開關(guān)電源這樣的高頻率、高磁動勢電子器件，就會發(fā)生“高燒”，加大損耗，降低了效率。我們要盡最大努力消除或降低因輸出低電壓和提高工作頻率所造成的功耗。采用預(yù)測開關(guān)管的柵極電壓，進行控制晶體管的導(dǎo)通和截止，使電路的控制回路做到按時按量有條不紊地進行電能轉(zhuǎn)換。在電路中無需同步掃描、信號采樣這些工作環(huán)節(jié)，預(yù)測開關(guān)管柵極電壓技術(shù)對推挽式變換電路、多路輸出引發(fā)降低功耗電路是有好處的。這種技術(shù)不需在電路設(shè)計上做文章，只要注意選用具有這種功能的控制IC就行。

推挽式變換電路由于使用兩只晶體管，如果兩只晶體管的特性不一致，也會出現(xiàn)偏磁現(xiàn)象。開關(guān)管存儲時間和“開”“關(guān)”時間不等，施加在變壓器上的正負電壓的持續(xù)時間不等，變壓器上的磁心勵磁強度不等，只要經(jīng)過幾個周期的積累，就會出現(xiàn)單邊繞組勵磁飽和，稱之為偏磁。偏磁，是開關(guān)電源最為危險的事故之一，也是失敗的電源設(shè)計，設(shè)計工程師必須在兩個繞組中電感大的一個繞組串接一只小電容Co，以平衡兩個繞組的電抗，使兩個繞組的勵磁強度保持相等，避免出現(xiàn)偏磁。在設(shè)計中，工作頻率小于100kHz，轉(zhuǎn)換占空比D也可適當小一點。