高頻雙半波整流電路改進設計

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)復雜，而且要求變壓器的容量相對較大。本文介紹的改進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。在負半周的有效期間VD1處于阻斷，VD2導通，N22、VD2承擔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)流期間供給負載電流，而且各線圈在相連的二極管導通時也提供負載電流。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改進型雙半波整流電路

為了完成從傳統(tǒng)雙半波整流到改進型雙半波整流的轉(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半周工作過程。這樣可得到圖3所示電路，即改進型雙半波整流電路。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改進型雙半波整流電路

圖4改進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)只流過了負載電流的一半，L1兩端電壓 UL1為負值，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導通形成L2的續(xù)流通路，IL1繼續(xù)減小，UL2變?yōu)樨撝?，IL2隨之減小。在負半周有效期間到來時，變壓器次級線圈電壓U2變?yōu)樨摚琕D2處于正偏導通，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U2再次為0時，又一次續(xù)流開始，L1兩端電壓UL1變負，使IL1減少，L2的電流仍保持下降。然后重復上述過程（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。改進型雙半波整流電路中二極管和濾波電容的應力都與傳統(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)。