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充电器设计半桥技术系统优点及存在问题

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充电器设计半桥技术系统优点及存在问题

由于半桥技术有许多优点,所以应用广泛,特别是在高压工作情况更是如此。

其中一个主要优点是晶体管Q1和Q2不会承受高于充电器电压(加一个二极管压降)的过电压。二极管D1和D2起到能量恢复元件的作用,将集电极电压钳位在充电器电压,使电压不会超调。因此晶体管在良好的电压应力条件下工作。

输出双向整流器的倍频作用为每个工作周期提供两个能量脉冲,使L1和C需要储存的能量减少。

当要求100V工作时,输入电容器C1和C2的串联构成了简单的倍压电路。

变压器原边绕组P1和磁心磁感应强度摆幅值在工作的两个半周期都得到了充分的利用。所以与传统的推挽变换器相比,该电路对变压器绕组和磁心有更好的利用,传统的推挽变换器工作时,每半个周期内只使用一半绕组(若输出采用桥式整流器,则对输出绕组有相同的作用,但由于二极管效率的原因这常常只用于高电压输出的场合)。

最后,原边不需要能量恢复绕组,其结构决定了该作用是由D1和D2来完成的。

 

 

存在的问题

手机充电器设计者必须防止这种变换器可能出现的许多问题。

一个主要的困难是变压器磁心的阶梯形饱和。如果加到原边绕组的所有正向脉冲的平均伏秒与所有负向脉冲的不严格相等,变压器磁通密度将随每个周期增加(阶梯形)并进入饱和。如果副边二极管电压不平衡也会出现相同的影响。由于储存时间和饱和电压在两个晶体管或二极管中很少相等,所以除非采取有效的措施加以防止,否则该影响是很难避免的。变压器磁心中加入小的气隙将改善对该影响的承受力,但不能消除它。

幸运的是随着变压器接近饱和,存在一种自然的补偿作用。磁心开始饱和时,一个晶体管上的集电极电流在接近导通结束时将趋向增加。这导致储存时间缩短,因此该晶体管的导通时间缩短,出现某种自然平衡作用。

可是如果使用非常快速的开关晶体管或具有低储存时间的功率MOSFET,对于这种自然校正作用其储存时间是不够的。

为防止阶梯形饱和,可以使用电流型控制。对110V倍压输入整流器连接,原边存在一直流通路,不需要特别的直流恢复电路。可是对220V桥式工作情况,使用电流型控制时必须给出经过原边的直流通路,必须使用特定的恢复电路。

较低功率时,另一种替代方法是选择晶体管具有近似相等的储存时间。输出二极管D3和D4应选择在工作电流下具有相等的正向压降。晶体管类型和驱动电路应在关断期间具有合理的储存时间。

 

最后,控制放大器的转换速率必须缓慢以使得在两周期间脉冲宽度不会发生大的变化(否则工作于接近饱和的晶体管将立刻饱和)。这样的设计使暂态响应变差,但这可能并不重要。这主要取决于实际应用。

虽然阶梯形饱和引起的磁心局部饱和在稳态条件下可能不是主要问题,但在瞬间负载变化期间可能会出现更严重的问题。

假设充电器已在较轻负载下工作,并且稳定工作条件已经建立。对于任意一个晶体管其本身的阶梯形饱和趋势已使变压器工作在非常接近饱和的状态。因为电感器电流不会立刻变化,所以输出电流突然增加时,最初将引起输出电压降低。控制电路会对输出电压的下降做出响应,将驱动脉冲宽度调整到最大。变压器将在半个周期内立即饱和,这可能造成开关元件损坏。

 

因此需要引入一些其他的控制方法,如原边限流或放大器转换速率限制,以防止充电器损坏。这两种方法都将对暂态响应时间起到严格限制的作用。更多处理阶梯形饱和的有效方法(电流型控制方法)。

 


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| 发布时间:2018.10.10    来源:充电器厂家
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