開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)（連載33）半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源

1-8-2．半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源

半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源也屬于雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源，從原理上來(lái)說(shuō)，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源也屬于推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源，它是多種推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源家庭成員之一。在半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源中，也是兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)K1和K2輪流交替工作，開(kāi)關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性也很好。
由于半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件工作電壓只有輸入電壓的一半，因此，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源比較適用于工作電壓比較高的場(chǎng)合。

1-8-2-1．交流輸出半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源

圖1-36是交流輸出半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理圖。圖中，K1、K2是兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)，它們工作的時(shí)候，總是一個(gè)接通，另一個(gè)關(guān)斷，兩個(gè)控制開(kāi)關(guān)輪流交替工作；電容器C1、C2是儲(chǔ)能濾波電容，同時(shí)也是電源分壓電容，它們把電源電壓一分為二；一個(gè)充滿(mǎn)電的電容，我們可以把它看成是一個(gè)電源，因此，我們可以把電容器C1、C2看成是兩個(gè)電源串聯(lián)對(duì)變壓器負(fù)載供電；T為開(kāi)關(guān)變壓器，N1為變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，N2為變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈，Ui為直流輸入電壓，R為負(fù)載電阻；uo為輸出電壓，io為流過(guò)負(fù)載的電流。

從圖1-36原理圖中可以看出，電容器C1和C2與控制開(kāi)關(guān)K1和K2正好組成一個(gè)電橋的兩臂，變壓器作為負(fù)載被跨接于電橋兩臂的中間。但由于電容器C1和C2的參數(shù)或電壓基本上沒(méi)有跟隨控制開(kāi)關(guān)K1和K2的導(dǎo)通和截止同步變動(dòng)，并且在實(shí)際應(yīng)用中為了節(jié)省成本，經(jīng)常只使用一個(gè)電容器C1或C2，因此，我們把圖1-36的電路稱(chēng)為半橋式開(kāi)關(guān)電源電路，或半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源。

圖1-36中，電容器C1、C2首先要被輸入電源Ui充電，兩個(gè)充滿(mǎn)電的電容器相當(dāng)于兩個(gè)電源串聯(lián)。當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K1接通時(shí)，電容器C1兩端的電壓被加到變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組的a、b兩端，電容器C1將通過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組進(jìn)行放電；同時(shí)，由于互感的作用在變壓器次級(jí)線(xiàn)圈N2繞組的兩端也會(huì)輸出一個(gè)與N1繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載R的兩端，使開(kāi)關(guān)電源輸出一個(gè)正半周電壓。

當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K1由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，控制開(kāi)關(guān)K2則由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通，電容器C2兩端的電壓被加到變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組的b、a兩端，電容器C2也將通過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組進(jìn)行放電；同理，由于電磁感應(yīng)的作用在變壓器次級(jí)線(xiàn)圈N2繞組的兩端也會(huì)輸出一個(gè)與N1繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載R的兩端，使開(kāi)關(guān)電源輸出一個(gè)負(fù)半周電壓。

由于電容器C1放電電流的方向正好與電容器C2放電電流的方向相反，因此，在變壓器次級(jí)線(xiàn)圈N2繞組的兩端輸出電壓uo是一個(gè)脈沖寬度與控制開(kāi)關(guān)K1（或K2）接通時(shí)間對(duì)應(yīng)的方波。

由于輸入電源Ui直接與串聯(lián)電容器C1和C2連接在一起，因此，在任一時(shí)刻，當(dāng)一個(gè)電容器在進(jìn)行放電的時(shí)候，另一個(gè)電容器就會(huì)進(jìn)行充電，兩個(gè)電容器充、放電的電荷總是相等。

下面我們進(jìn)一步詳細(xì)分析半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源的工作原理。

圖1-36中，輸入電源Ui首先對(duì)電容器C1、C2進(jìn)行充電，當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K1接通時(shí)，電容器C1兩端的電壓被加到變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組的兩端，電容器C1將通過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組進(jìn)行放電。電流從變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組的兩端經(jīng)過(guò)，通過(guò)電磁感應(yīng)會(huì)在變壓器的鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，并產(chǎn)生磁力線(xiàn)；同時(shí)，在初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組的兩端要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)e1，在次級(jí)線(xiàn)圈N2繞組的兩端也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2作用于負(fù)載R的兩端，從而產(chǎn)生負(fù)載電流。

因此，在初、次級(jí)電流的共同作用下，在變壓器的鐵心中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由流過(guò)變壓器初、次級(jí)線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的大小可用磁力線(xiàn)通量（簡(jiǎn)稱(chēng)磁通量），即磁力線(xiàn)的數(shù)目Φ 來(lái)表示。

如果用Φ1來(lái)表示變壓器初級(jí)線(xiàn)圈N1繞組電流產(chǎn)生的磁通量，用Φ2來(lái)表示變壓器次級(jí)線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通量，由于變壓器初、次級(jí)線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向總是相反，則在控制開(kāi)關(guān)K1接通期間，由流過(guò)變壓器初、次級(jí)線(xiàn)圈電流在變壓器鐵心中產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的總磁通量 為：

Φ= Φ1－Φ2 —— K1接通期間 （1-155）

其中變壓器初級(jí)線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通Φ1還可以分成兩個(gè)部分，一部分用來(lái)抵消變壓器次級(jí)線(xiàn)圈電流產(chǎn)生的磁通Φ2，記為Φ10，另一部分是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通，記為ΔΦ1。顯然Φ10 =－Φ2，ΔΦ1 =Φ 。即：變壓器鐵心中產(chǎn)生的磁通量 ，只與流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的勵(lì)磁電流有關(guān)，與流過(guò)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈中的電流無(wú)關(guān)；流過(guò)變壓器次級(jí)線(xiàn)圈中的電流產(chǎn)生的磁通，完全被流過(guò)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中的另一部分電流產(chǎn)生的磁通抵消。