转换式电源供给器的原理与设计

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1、为了保留半桥式电路的电压特性与推挽式电路的电流特性，我们发展出另一种型式的电路，称之为全桥式转换器(full-bridgeconverter)电路，如图3-14所示。在此电路中，Q1与Q4电晶体，或是Q3与Q2电晶体会同时地导通。由于这些电晶体的动作状态，使得变压器初级圈上的电压在＋Vin与－Vin之间摆动着，因此，这时电晶体在OFF状态时，集极电压绝不会超过Vin值，同时流经电晶体的电流也仅为等效半桥式电路的一半。全桥式电路的缺点就是必须使用到四个电晶体，且由于Q1与Q4或Q3与Q2电晶体会同时ON，因此每一电晶体必须用到隔离的基极驱动器。假设转换器的效率

2、为80%，工作周期为0.8，则电晶体的工作电流为1.6PoutIC(3-37)Vin此种转换器的其它特性就与半桥式转换器相同，所有导出计算组件的公式也适合应用于此。3.6新型式无涟波输出的转换器(ANEWZEROOUTPUTRIPPLECONVERTER)以上所讨论的各种电路，其输出电流都会有涟波(ripple)产生，近年来有一种新型式的转换器被发展研究出来，我们称之为＇Cuk转换器。这是由Dr.S.＇Cuk所发展出来的，因此，以他的名字来称呼。此种转换器只要能将变压器设计完善，就可达到无涟波的输出。在图3-15，就是基本的非隔离＇Cuk转换器。电路的操作

3、原理说明如下：当Q1电晶体OFF时，二极体D1会导通，输入电流I1会将电容器C1充电，当Q1电晶体ON时，二极体D1不导通，此时电容器C1的正端点就接到地电位了。因此，电流I2流经电感器L2，会在负载上得到负的输出电压。31由于此种转换器结合了buck-boost特性，且能量的转移为电容性的，其输入电流与输出电流几近于纯直流的特性，转换涟波几乎可忽略了。但是，所谓的“忽略转换涟波”，并不是“没有涟波”之意，要达成此没有涟波的境界，此乃原理上的最终目标，幸运的是经由下面的观察无涟波输出的理论，似乎可以达到。为了使经由每一电感器的平均直流电压为零，且此二个波形必

4、须是相等且一样的，因此，为了达到此目的，二个电感器必须共享相同的铁心，且需具有相同的圈数，如图3-16所示。由于这二个耦合电感器构成了一个变压器，因此每一绕组的有效电感值，经由交互的感应能量转移，其值会被改变。如果我们将其圈数比定为1∶1，此二个电感值将会加倍速，因此能够减少输入与输出的涟波值，为无耦合转换器的一半。此乃重要的结果，因为如果我们适当地改变圈数比的话，也就是初级对次级圈数比能够与变压器感应耦合系数匹配，则输出电流的涟波就可能完全被消除，电路如图3-16所示。32虽然图3-16是一个非常有用的电路，但是美中不足的是输入与输出之间却没有设计隔离组件

5、，因此，使用在非线上的结构时，最好能在输入与输出间加装隔离组件。以下我们就是要来讨论如何在＇Cuk转换器上达到隔离之效果，如图3-17所示，有三个步骤来完成它。33首先，如图3-17(a)所示，我们将耦合电容器C1分成二个串联的电容器CA与CB，而在这二个电容器的连接处，由于其平均值电压是不确定的而且是浮动的，我们亦可使其趋于零电位之值，也就是在电容器连接处与地之间，加上电感器L，如图3-17(b)所示。如果我们选的电感值够大的话，由二个串联电容器流经至此的电流，可忽略不计，因此转换器的操作保持不变不受影响。为了达到直流隔离的目的，因此，我们将电感器L改换成

6、隔离变压器，如图3-17(c)所示，此种隔离式的＇Cuk转换器与无隔离的转换器亦保有相同之特性。在图3-18所示为耦合电感器无涟波输出的直流隔离式＇Cuk转换器电路电流波形图，在这电路中转移电容器CA与CB，被放置于变压器绕组的另一端，此举并不会影响转换器的操作。虽然输入与输出电感器的耦合能够减少涟波的输出，但是也会产生不希望的边际效应，也就是在电源开启时，输出极性会反转，虽然此反向极性的脉波非常短暂，然而对敏感的电子负载装置来说，此乃致命之举，因此，在图3-18中，我们加装了一个制止二极体D2，来限制其暂态电压至1伏特或是更小之值，如此可用来保护敏感的电子

7、装置。344、转换器功率电晶体的设计THEPOWERTRANSISTORINCONVERTERDESIGN4.0概论(INTRODUCTION)在图1-1的方块图中，所描述的为转换式电源供给器，其转换的方块部份，主要包括转换组件，其种类非常多，如电晶体、SCR、GTO，都是电源设计者使用多年了，但是较受欢迎，也较常用的是双极式电晶体，近年来MOSFET亦大行其道，深受人们喜爱。因此，本章将讨论双极式电晶体与MOSFET的各种特性，以及他们在转换式电源供给器中的使用。4.1电晶体的选择(TRANSISTORSELECTION)在设计转换器时，有二个电晶体的参数

8、值需予以考虑，第一个就是电晶体在OFF时，其电压阻隔