占空比控制推挽變換器

推挽變換器通常不利于開關(guān)電源適配器離線應(yīng)用，因?yàn)楣β书_關(guān)元件工作時(shí)其集電極承受的電壓至少是電源適配器電壓的兩倍。還有，由于變壓器原邊有中間抽頭，每半個(gè)周期中只有一半繞組工作，故主變壓器原邊的利用率不如半橋或全橋變換器好。

可是在低輸入電壓時(shí)，推挽技術(shù)也有優(yōu)于半橋或全橋的地方，如在任何時(shí)刻都只有個(gè)開關(guān)元件與電源適配器和原邊繞組串聯(lián)。整個(gè)電源適配器電壓加在工作的半個(gè)繞組上，對(duì)于相同的輸出功率，開關(guān)損耗較低。

工作原理

典型的低壓DC-DC推挽變換器的功率部分示于圖中。工作過程如下。

兩個(gè)功率開關(guān)管Q1和Q2在驅(qū)動(dòng)電路控制下，每半個(gè)周期輪流導(dǎo)通。Q1導(dǎo)通時(shí)，原邊電壓加在原邊一半繞組P1a的兩端。在該條件下，所有繞組的起始端將為正，由于Q1的導(dǎo)通和變壓器的作用，Q2的集電極將承受兩倍的電源適配器電壓。副邊繞組S1a的起始端也將為正，有電流在副邊繞組、輸出整流器D6和電感L1中流通。

原邊電流包括折算的負(fù)載電流加上少量的由原邊電感引起的磁化電流。在導(dǎo)通期間，原邊電流會(huì)隨著原邊電感和副邊濾波器扼流圈L1中磁化成分的增加而增大，導(dǎo)通期間結(jié)束時(shí)（由控制電路控制），Q1關(guān)斷。

儲(chǔ)存在原邊電感和漏感中的能量使Q的集電極電壓將快速變正，由于變壓器的作用，Q2集電極電壓將變負(fù)。當(dāng)Q2上的電壓低于零伏時(shí)，能量恢復(fù)二極管D2導(dǎo)通，將部分反激能量回送電源適配器。同時(shí)，輸出整流二極管D導(dǎo)通，將部分反激能量送到輸出電路（取決于原邊和副邊漏感的大小和分布）。

使用“占空比控制”，接著有一個(gè)體止期間，該期間兩個(gè)開關(guān)元件都關(guān)斷。在該期間輸出扼流圈L1將維持整流器二極管D2和D、輸出負(fù)載和電容器C1中的電流流通。該電流經(jīng)副邊繞組的中間抽頭和兩個(gè)整流二極管形成回路。如果L中電流幅值超過折算的磁化電流（通常情況），則兩個(gè)輸出整流器的導(dǎo)通時(shí)間在整個(gè)休止期間幾乎相等，且有相同的正向壓降，因此副邊繞組兩端的節(jié)點(diǎn)電壓為零（副邊繞組兩端整流器的正向電壓相等但方向相反）。相應(yīng)地，休止期間磁心中的磁通密度將不變化，即在Q1和Q2關(guān)斷時(shí)，磁心將不會(huì)恢復(fù)到零。這是這種電路的一個(gè)重要性質(zhì)，因?yàn)樗梢猿浞掷肂／H特性。

控制電路控制的休止期間之后，晶體管Q2導(dǎo)通，Q2將重復(fù)先前的過程，完成一個(gè)工作周期。

對(duì)于連續(xù)導(dǎo)通方式，負(fù)載電流不允許降到低于臨界值，L在所有時(shí)間都有電流流過，輸出電壓由原邊電壓、占空比、匝比及下式?jīng)Q定：

式中，Vout=輸出電壓，直流；

Vcc=電源適配器電壓，直流；

Ns=副邊匝數(shù)；

Np=原邊匝數(shù)；

ton=導(dǎo)通時(shí)間，Q1或Q2；

toff=關(guān)斷時(shí)間（Q1和Q2關(guān)斷）。

控制電路將調(diào)節(jié)占空比ton／（ton+toff），以維持輸出電壓恒定。

在正常負(fù)載條件下，負(fù)載電流大于副邊的磁化電流，其原邊和副邊波形表示在圖中。對(duì)于穩(wěn)態(tài)條件，在正負(fù)象限之間有磁通密度平衡偏移，如圖所示

若負(fù)載電流小于折算的磁化電流，在關(guān)斷期間能量恢復(fù)二極管將繼續(xù)導(dǎo)通較長(zhǎng)的一段時(shí)間，電流和電壓波形示于圖中，應(yīng)該注意到在導(dǎo)通期間開始時(shí)，有一小段時(shí)間集電極電流是反向。

對(duì)于這種工作條件有一個(gè)問題，當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，如果恢復(fù)電流仍在D1中流通，則Q1集電極電壓為負(fù)，基極驅(qū)動(dòng)電流將從基一射結(jié)向基一集結(jié)轉(zhuǎn)移，該驅(qū)動(dòng)電流將與Q1的正常集電極電流方向相反。雖然這不會(huì)使晶體管本身損壞，但卻對(duì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有影響，因?yàn)檫@對(duì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)變壓器來說是錯(cuò)誤的方向，從而在這種條件下，沒有來自于驅(qū)動(dòng)變壓器原邊的正反饋。

根據(jù)圖中所示的驅(qū)動(dòng)變壓器的位置，實(shí)際上從驅(qū)動(dòng)變壓器出來的是負(fù)反饋。因此“驅(qū)動(dòng)和隔離電路”的功率必須更大并保持有效的驅(qū)動(dòng)條件直到Q1中建立正確的正向電流。在全導(dǎo)通角方波變換器中，對(duì)輕載條件也必須考慮該影響。在某些條件下，這種工作方式需要增加額外的驅(qū)動(dòng)元件。

緩沖元件

為有助于Q1和Q2的關(guān)斷作用，設(shè)計(jì)了緩沖元件R1、R1、C3和C1，在關(guān)斷邊沿，維持在集電極的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)移到緩沖元件R1和C3，減少了晶體管集電極上的電壓變化率使Q1和Q2在較低應(yīng)力的條件下關(guān)斷。電阻R1的選擇是用于在較小導(dǎo)通期間為電容器C恢復(fù)工作點(diǎn)。緩沖器的作用的說明。