半橋電路的工作原理及注意問題

在PWM和電子鎮(zhèn)流器當中，半橋電路發(fā)揮著重要的作用。半橋電路由兩個功率開關(guān)器件組成，它們以圖騰柱的形式連接在一起，并進行輸出，提供方波信號。本篇文章將為大家介紹半橋電路的工作原理，以及半橋電路當中應(yīng)該注意的一些問題，希望能夠幫助電源新手們更快的理解半橋電路。

首先我們先來了解一下半橋電路的基本拓撲：

半橋電路的基本拓撲電路圖

電容器C1和C2與開關(guān)管Q1、Q2組成橋，橋的對角線接變壓器T1的原邊繞組，故稱半橋變換器。如果此時C1=C2，那么當某一開關(guān)管導通時，繞組上的電壓只有電源電壓的一半。

半橋電路概念的引入及其工作原理

電路的工作過程大致如下：

參照半橋電路的基本拓撲電路圖，其中Q1開通，Q2關(guān)斷，此時變壓器兩端所加的電壓為母線電壓的一半，同時能量由原邊向副邊傳遞。

Q1關(guān)斷，Q2關(guān)斷，此時變壓器副邊兩個繞組由于整流二極管兩個管子同時續(xù)流而處于短路狀態(tài)，原邊繞組也相當于短路狀態(tài)。

Q1關(guān)斷，Q2開通。此時變壓器兩端所加的電壓也基本上是母線電壓的一半，同時能量由原邊向副邊傳遞。副邊兩個二極管完成換流。

半橋電路中應(yīng)該注意的幾點問題

偏磁問題

原因：由于兩個電容連接點A的電位是隨Q1、Q2導通情況而浮動的，所以能夠自動的平衡每個晶體管開關(guān)的伏秒值，當浮動不滿足要求時，假設(shè)Q1、Q2具有不同的開關(guān)特性，即在相同的基極脈沖寬度t=t1下，Q1關(guān)斷較慢，Q2關(guān)斷較快，則對B點的電壓就會有影響，就會有有灰色面積中A1、A2的不平衡伏秒值，原因就是Q1關(guān)斷延遲。

如果要這種不平衡的波形驅(qū)動變壓器，將會發(fā)生偏磁現(xiàn)象，致使鐵心飽和并產(chǎn)生過大的晶體管集電極電流，從而降低了變換器的效率，使晶體管失控，甚至燒毀。

在變壓器原邊串聯(lián)一個電容的工作波形圖

解決辦法：在變壓器原邊線圈中加一個串聯(lián)電容C3，則與不平衡的伏秒值成正比的直流偏壓將被次電容濾掉，這樣在晶體管導通期間，就會平衡電壓的伏秒值，達到消除偏磁的目的。

用作橋臂的兩個電容選用問題：

從半橋電路結(jié)構(gòu)上看，選用橋臂上的兩個電容C1、C2時需要考慮電容的均壓問題，盡量選用C1=C2的電容，那么當某一開關(guān)管導通時，繞組上的電壓只有電源電壓的一半，達到均壓效果，一般情況下，還要在兩個電容兩端各并聯(lián)一個電阻（原理圖中的R1和R2）并且R1=R2進一步滿足要求，此時在選擇阻值和功率時需要注意降額。此時，電容C1、C2的作用就是用來自動平衡每個開關(guān)管的伏秒值，（與C3的區(qū)別：C3是濾去影響伏秒平衡的直流分量）。

直通問題：

所謂直通，就是Q1、Q2在某一時刻同時導通的現(xiàn)象，此時會構(gòu)成短路。

解決措施：

可以對驅(qū)動脈沖寬度的最大值加以限制，使導通角度不會產(chǎn)生直通。

還可以從拓撲上解決問題，才用交叉耦合封閉電路，使一管子導通時，另一管子驅(qū)動在封閉狀態(tài)，直到前一個管子關(guān)斷，封閉才取消，后管才有導通的可能，這種自動封鎖對存儲時間、參數(shù)分布有自動適應(yīng)的優(yōu)點，而且對占空比可以滿度使用的。

副邊為全波電路

副邊為全橋電路

兩個電路的選擇主要是考慮以下兩點：

1、根據(jù)輸出電壓的高低，考慮管子的安全問題；

2、功率損耗的問題，主要是開關(guān)管和副邊繞組的損耗問題；

半橋電路的驅(qū)動問題：

1、原邊線圈過負載限制：要給原邊的功率管提供獨立的電流限制；

2、軟啟動：啟動時，要限制脈寬，使得脈寬在啟動的最初若干個周期中慢慢上升；

3、磁的控制：控制晶體管驅(qū)動脈沖寬度相等，要使正反磁通相等，不產(chǎn)生偏磁；

4、防止直通：要控制占空比上限縮?。?br />
5、電壓的控制和隔離：電路要閉環(huán)控制，隔離可以是光電隔離器、變壓器或磁放大器等；

6、過壓保護：通常是封閉變換器的開關(guān)脈沖以進行過壓保護；

7、電流限制：電流限制安裝在輸入或輸出回路上，在發(fā)生短路時候起作用；

8、輸入電壓過低保護：規(guī)定只有在發(fā)揮良好性能的足夠高的電壓下才能啟動；

9、此外，還要有合適的輔助功能：如浪涌電流限制和輸出濾波環(huán)節(jié)等。

半橋電路的驅(qū)動特點：

1、上下橋臂不共地，即原邊電路的開關(guān)管不共地。

2、隔離驅(qū)動。

本篇文章幾乎將半橋電路的大部分基礎(chǔ)知識都進行了總結(jié)和歸納。難得的是，還對半橋電路當中出現(xiàn)的問題進行了詳盡的分析，并給出了相應(yīng)的解決方案。希望大家能夠全面掌握這些知識，從而為自己的設(shè)計生涯打好堅實的基礎(chǔ)。