交换式电源供应器常用的变压器

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1、交換式電源供應器變壓器應用JERRYLIU2007.08.21交換式電源供應器常用的Topology返馳式(Flyback)順向式(Forward)全橋式(FullBridge)半橋式(HalfBridge)推挽式(Push–Pull)返馳式(Flyback)常用於150W以下，由於它的變壓器又兼作輸出儲能電感使用，且次級端僅需一個二極體，故電路簡單成本低廉，以成本的角度說，它幾乎是沒有別的電路所能取代的。由L1、PFCIC、Q1、D1和C1組成PFCstage，用來調整電源供應器的功率因數。返馳式的輸出部分

2、不需要額外的電感器，但在實際電路應用時為了抑制高頻的尖波雜訊，還是會在二次側整流器與輸出電容間加一小型電感器。變壓器Ｔ1因為有氣隙之故，其初級圈具有隔離、變壓和電感的三重功能，藉由Q2電子開關作用將儲存於在變壓器的能量傳遞給次級側，再藉由電容Ｃ2的充電保持功能來得到直流電壓Vo，此外改變變壓器初、次級的圈數，就可以得到想要的ＤＣ電源。返馳式變壓器的輸入輸出繞組，其極性是相反的。3.環保要求是在滿載70W以下的電源產品，當負載沒有輸出功率的情況下，輸入電源仍照常供應時，電路消耗功率必需小於1W下。順向式(For

3、ward)常用於150W-400W，與返馳式電路的主要差別在於Powerstage的次級側部分，順向式多用了一個肖特基二級體D和電感L，當Q2截止時，隔離變壓器T1之繞組上的電壓極性會反轉，使得D2二極體變成逆向偏壓而不導通，而D二級體則處於導通狀態，此時負載端之能量，則由L和C所儲存的能量經由D來供給。2.L和C除了做為低通濾波器之外，亦為一儲能元件。由於在電晶體Q2關閉（OFF）時來自T1初級側的反向電壓會和C上的輸出電壓相累積而成為兩倍的PFCStage輸出電壓，故Q2的耐壓必需高達800V以上，實務上

4、通常都採用耐壓800V的MOSFET。3.Forward電路的特點為（1）輸出功率可高於150Ｗ。（2）流經變壓器初級側及次級側的電流較小（因為變壓器不作電感作用，無需加氣隙，故感量高電流小），因此變壓器的銅損（Copperless）小，所以溫升小一點的變壓器。（3）成本增加，因為Powerstage的輸出端多用了一個二極體D和電感L之故。第三繞組與一次側繞組需緊密的繞在一起，或用雙線並繞，如此方可減少因洩露電感而產生致命的尖波電壓。全橋式(FullBridge)可供數百W半橋式(HalfBridge)供千W

5、以上1.全橋式電路，其PWMIC所產生的控制信號，其中Q1、Q4為同步運作，而Q2、Q3為同步。類似半橋式電路。2.若PFCstage的輸出為400V，則變壓器之初級側電壓VC亦為400V，Q1、Q4導通而Q2、Q3所需的耐壓約為400V。VC經由變壓器耦合到次級，次級側的電流經D2把能量儲存在電感L中並供應到輸出VO端。3.是當Q1、Q4、Q2、Q3為OFF，稱為截止時間（deadtime），此時變壓器的初級側完全沒有能量耦合到次級側，而落在Q1、Q4、Q2、Q3的壓降約各為200V，次級側則將上一個狀態儲

6、存在電感L能量釋放到負載。4.在相同的輸出功率下，由於全橋式電路的變壓器輸入電壓VC為半橋式的兩倍，因此流經全橋式電路晶體開關的電流僅有半橋式電路的一半，所以若使用相同耐電壓、耐電流的電晶體，全橋式電路輸出的功率可比半橋式大一倍。推挽式(Push–Pull)1.推挽式電路和半橋式電路同樣使用兩個開關元件，只是電路的接法不同，然而為何較大功率需求的產品如UPS、通信設備或儀器用電源大多仍使用此種架構呢？其實是由於半橋式電路的變壓器初級側電壓值VC約為Vd/2，而推挽式電路的∣VC∣約為Vd，當變壓器要傳遞相同能

7、量時，半橋式電路的變壓器初級側電流要比推挽式電路高上一倍，使得變壓器本身的磁滯損失和渦流損失增加而提高溫升，而使用較大的變壓器不僅增加成本，在某些應用上由於變壓器體積變大而顯得較為麻煩。2.但其缺點是開關元件需使用耐壓高達800V以上的MOSFET，故以價格導向且數量龐大如個人電腦的ATX電源供應器市場較不會使用它，而採用半橋式架構為多。EMI/EMC干擾問題○降低EMI最有效的方式是控制信號之分布，以及它們的源頭，其中主要會是來自於IC中的高速切換電流產生。○而幾乎所有的EMI干擾來自於產品中某處存在之共模

8、電流。也是線路中迴返電流的工作信號產生的高頻諧波所造成的干擾。○有電流流經一個完整的環路，就會有電感存在，當電流流過此電感阻抗時會產生一個電位差，此一電位差會導致接地參考平面的雜訊信號源位準降低，造成EMI輻射的產生。○也可能是Coupling效果，從雜訊源像天線一樣輻射產生電場或磁場的耦合，此電場耦合產生寄生電容效應對電流提供了一個低阻抗的路徑，造成了干擾現象。變壓器安規要求考慮因素安全距離包含空