高頻雙半波整流電路改進(jìn)設(shè)計

1引言

在低壓輸出的推挽、橋式、半橋式開關(guān)電源電路中，變壓器的次級多采用傳統(tǒng)型雙半橋整流電路。但該電路中變壓器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且要求變壓器的容量相對較大。本文介紹的改進(jìn)型雙半波整流電路能實現(xiàn)對推挽、橋式、半橋式等電路結(jié)構(gòu)的簡化并提高隔離變壓器利用率。下面對比分析兩種整流電路的工作原理。

2傳統(tǒng)雙半波整流電路

傳統(tǒng)雙半波整流電路中變壓器次級線圈中心抽頭接輸出負(fù)端。中心抽頭將次級線圈分成為兩個極性相反的電勢源和漏感。但是它們的磁結(jié)構(gòu)卻不能達(dá)到理想狀態(tài)，而且兩個漏感由于不可能完全相等而產(chǎn)生的起始偏差對電路的正常工作有很大影響。另外，隔離變壓器的初級線圈因續(xù)流而短路，這期間續(xù)流對次級線圈中的電流分配也有影響。以上這些都是傳統(tǒng)雙半波整流應(yīng)注意的問題。

這種電路的工作原理及其工作過程如下：

　　根據(jù)圖1所示，在每一個工作周期的正半周的有效期間，VD1處于導(dǎo)通狀態(tài)，VD2為阻斷狀態(tài)。通過電感LO的電流ILO流過N21，而N22上無電流。在續(xù)流期間，N21、N22兩端電壓為0。理論上，輸出電流應(yīng)在次級線圈N21、N22之間均勻分布。但實際上，由于漏感與實際的磁路結(jié)構(gòu)有關(guān)，輸出電流在N21、N22之間不可能是均勻分配的。

N21釋放出大部分能量，I21減小，N22通過漏感和其有效電壓使電流增加，從而完成續(xù)流過程。在負(fù)半周的有效期間VD1處于阻斷，VD2導(dǎo)通，N22、VD2承擔(dān)LO上所有電流。再下一個續(xù)流期間，N21、N22兩端電壓又都變?yōu)?，與上述的續(xù)流期間一樣N22釋放電流（主要波形見圖2）。

由上述分析可知：N21、N22不僅在續(xù)流期間供給負(fù)載電流，而且各線圈在相連的二極管導(dǎo)通時也提供負(fù)載電流。這樣，不僅增加了線圈的電流有效值使變壓器容量加大，而且兩線圈的磁路結(jié)構(gòu)不同也會造成其電流值與理論值有較大差異。

3改進(jìn)型雙半波整流電路

為了完成從傳統(tǒng)雙半波整流到改進(jìn)型雙半波整流的轉(zhuǎn)化，可以利用單端正激型變換器的工作原理，把變壓器的工作過程分解為兩個部分，即正半周工作過程和負(fù)半周工作過程。這樣可得到圖3所示電路，即改進(jìn)型雙半波整流電路。它是由一個沒有抽頭的變壓器次級線圈、兩個相同的整流二極管、兩個獨立相同的濾波電感和與傳統(tǒng)雙半波整流電路相同的濾波電容所組成。

圖1傳統(tǒng)雙半波整流電路

圖2傳統(tǒng)雙半波整流電路波形

圖3改進(jìn)型雙半波整流電路

圖4改進(jìn)型雙半波整流電路波形

該電路的工作過程為：在每個工作周期的正半周有效期間，變壓器次級線圈兩端電壓U2為正，VD1正偏導(dǎo)通，VD2反偏阻斷，VD1同時處于整流和續(xù)流工作狀態(tài)。L1通過VD1、通路續(xù)流放電。L2的電流流過變壓器的次級線圈，與VD1、C形成閉合回路。輸出電流是兩個濾波電感電流IL1、IL2的直流分量的總和。變壓器在正半周有效期間內(nèi)只流過了負(fù)載電流的一半，L1兩端電壓 UL1為負(fù)值，IL1逐漸減小，UL2為正，IL2增加。正半周有效期間過后，隨之而來的是一個續(xù)流間隔，U2電壓為0，I2迅速下降到0。VD2導(dǎo)通形成L2的續(xù)流通路，IL1繼續(xù)減小，UL2變?yōu)樨?fù)值，IL2隨之減小。在負(fù)半周有效期間到來時，變壓器次級線圈電壓U2變?yōu)樨?fù)，VD2處于正偏導(dǎo)通，VD1反偏阻斷。同理，VD2也同時具有整流和續(xù)流的作用，變壓器次級線圈上電流I2迅速改變方向，其大小等于L1上的電流值IL1。VD2整流過程中，變壓器次級線圈、VD2、C及L1構(gòu)成回路，L1兩端電壓UL1變正，L1儲能，電流IL1開始增加。L2通過VD2續(xù)流釋放儲能，IL2電流下降，當(dāng)U2再次為0時，又一次續(xù)流開始，L1兩端電壓UL1變負(fù)，使IL1減少，L2的電流仍保持下降。然后重復(fù)上述過程（主要波形如圖4）。

4對比分析

從傳統(tǒng)雙半波整流和改進(jìn)型雙半波整流電路的工作原理分析比較中可以看出，后者不需要中心抽頭，也就省了由于中心抽頭帶來的匝數(shù)和磁結(jié)構(gòu)不均衡現(xiàn)象。從而消除了因磁結(jié)構(gòu)不對稱造成的次級線圈中直流分量不能抵消而產(chǎn)生的直流磁化問題。并且減小了變壓器的容量，簡化電路的結(jié)構(gòu)，并且降低了功耗，減小了變壓器的尺寸。改進(jìn)型雙半波整流電路中二極管和濾波電容的應(yīng)力都與傳統(tǒng)雙半波整流相同，只是附加了一個濾波電感，每個濾波電感上的電流僅為輸出電流的一半。兩個濾波電感上的紋波電流相互抵消或部分抵消，這樣可以減小濾波電容的容量或減小濾波電感的電感量，而且其變壓器次級線圈承擔(dān)大約一半的輸出電流，次級線圈電流容量減小為前者的，如果考慮續(xù)流，則可繼續(xù)減小約7％。因此，改進(jìn)型雙半波整流技術(shù)為使用推挽、橋式、半橋式電路提供了一更為簡單的電路結(jié)構(gòu)。