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开关电源常用的变换器分析

    开关电源中常用的基本拓扑约有14种,在此基础上又衍生发展出许多拓扑,其中常用的逆变拓扑主要有推挽式、正激式、反激式、半桥、全桥、谐振变换器六种,但是每种拓扑的特点与性能不一样。

    推挽式变换器的优点是:a只用两个开关管就能输出较大的功率;b.开关管一端接地使驱动电路简单,两路驱动电路无需隔离、绝缘。缺点是:a开关管截止时将承受至少两倍的电源电压,外加漏感尖峰,使选择耐压足够的开关管很困难或成本较高;b.每个绕组只有一半时间在工作,效率和利用率低:c.变压器容易发生磁通不平衡的问题,可靠性较低。

    正激式变换器的优点是:a.电路形式较简单;b.开关管一端接地使驱动电路简单;c.可以多路输出。.缺点是:a.变压器磁芯仅运行在磁滞回线的第一象限,需要磁复位,效率和利用率低,适用于低压、大电流、中小功率输出场合;b.变压器二次侧续流二极管流过的电流较大,需要的恢复时间也相对较长;c.副边需要滤波电感;d.开关管截止时将承受至少两倍的电源电压,外加漏感尖峰。

    反激式变换器优点是:a.电路形式简单,所需元件少,副边不需要滤波电感;b.开关管一端接地使驱动电路简单;c.可以多路输出。缺点是:a.变压器磁芯仅运行在磁滞回线的第一象限,需要磁复位,效率和利用率低,适用于中小功率输出场合;b.变压器二次侧续流二极管流过的电流较大,需要的恢复时间也相对较长;c.输出纹波电压较大。

    半桥式变换器优点是:a只用两个开关管就能输出较大的功率;b.开关管承受电压为电源电压;c.抗磁通不平衡能力较强。缺点是:a.驱动要求高,需要高压边驱动,且要控制占空比以防桥臂直通;b.输入变压器的电压幅值仅为全桥的一半,因此要输出相同电压,需要增大变压器匝比。

    全桥式变换器优点是:a可以输出大功率,对给定磁芯,输出功率为半桥拓扑的2倍;b.变压器运行于磁滞回线的两侧,利用率高,抗磁通不平衡能力强;c.输出电压高,为电源电压;d.开关管仅承受电源电压。缺点是:a.驱动要求更高,需要高压边驱动,且要控制占空比以防桥臂直通;b.所需元件较多,需要4个开关管,电路比较复杂。

  谐振变换器近年来备受关注的软开关电路。它是在半桥或全桥变换器电路基础上添加或利用谐振元件,使开关管在零电压开通(ZVS)或零电流关断(ZCS)}大大减小了开通与关断损耗,降低EMI干扰与开关应力,提高系统效率与可靠性,使电路工作频率与稳定性得到很大提高。缺点是电路复杂,利用了寄生参数,需要单独调试,而且谐振电感制作比较麻烦。 

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