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工程師總結(jié):半橋電路的注意問題及解決方案

發(fā)布時(shí)間:2014-10-17 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】半橋電路由兩個(gè)功率開關(guān)器件組成,它們以圖騰柱的形式連接在一起,并進(jìn)行輸出,提供方波信號(hào)。本篇文章將為大家介紹半橋電路的工作原理,以及半橋電路當(dāng)中應(yīng)該注意的一些問題,希望能夠幫助電源新手們更快的理解半橋電路。
 
在PWM和電子鎮(zhèn)流器當(dāng)中,半橋電路發(fā)揮著重要的作用。半橋電路由兩個(gè)功率開關(guān)器件組成,它們以圖騰柱的形式連接在一起,并進(jìn)行輸出,提供方波信號(hào)。本篇文章將為大家介紹半橋電路的工作原理,以及半橋電路當(dāng)中應(yīng)該注意的一些問題,希望能夠幫助電源新手們更快的理解半橋電路。
  
首先我們先來了解一下半橋電路的基本拓?fù)洌?/strong>
半橋電路的基本拓?fù)潆娐穲D
半橋電路的基本拓?fù)潆娐穲D
  
電容器C1和C2與開關(guān)管Q1、Q2組成橋,橋的對角線接變壓器T1的原邊繞組,故稱半橋變換器。如果此時(shí)C1=C2,那么當(dāng)某一開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),繞組上的電壓只有電源電壓的一半。
  
半橋電路概念的引入及其工作原理
  
電路的工作過程大致如下:
  
參照半橋電路的基本拓?fù)潆娐穲D,其中Q1開通,Q2關(guān)斷,此時(shí)變壓器兩端所加的電壓為母線電壓的一半,同時(shí)能量由原邊向副邊傳遞。
  
Q1關(guān)斷,Q2關(guān)斷,此時(shí)變壓器副邊兩個(gè)繞組由于整流二極管兩個(gè)管子同時(shí)續(xù)流而處于短路狀態(tài),原邊繞組也相當(dāng)于短路狀態(tài)。
  
Q1關(guān)斷,Q2開通。此時(shí)變壓器兩端所加的電壓也基本上是母線電壓的一半,同時(shí)能量由原邊向副邊傳遞。副邊兩個(gè)二極管完成換流。
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半橋電路中應(yīng)該注意的幾點(diǎn)問題
  
偏磁問題
  
原因:由于兩個(gè)電容連接點(diǎn)A的電位是隨Q1、Q2導(dǎo)通情況而浮動(dòng)的,所以能夠自動(dòng)的平衡每個(gè)晶體管開關(guān)的伏秒值,當(dāng)浮動(dòng)不滿足要求時(shí),假設(shè)Q1、Q2具有不同的開關(guān)特性,即在相同的基極脈沖寬度t=t1下,Q1關(guān)斷較慢,Q2關(guān)斷較快,則對B點(diǎn)的電壓就會(huì)有影響,就會(huì)有有灰色面積中A1、A2的不平衡伏秒值,原因就是Q1關(guān)斷延遲。
  
如果要這種不平衡的波形驅(qū)動(dòng)變壓器,將會(huì)發(fā)生偏磁現(xiàn)象,致使鐵心飽和并產(chǎn)生過大的晶體管集電極電流,從而降低了變換器的效率,使晶體管失控,甚至燒毀。
在變壓器原邊串聯(lián)一個(gè)電容的工作波形圖
在變壓器原邊串聯(lián)一個(gè)電容的工作波形圖
  
解決辦法:在變壓器原邊線圈中加一個(gè)串聯(lián)電容C3,則與不平衡的伏秒值成正比的直流偏壓將被次電容濾掉,這樣在晶體管導(dǎo)通期間,就會(huì)平衡電壓的伏秒值,達(dá)到消除偏磁的目的。
 
用作橋臂的兩個(gè)電容選用問題:
  
從半橋電路結(jié)構(gòu)上看,選用橋臂上的兩個(gè)電容C1、C2時(shí)需要考慮電容的均壓問題,盡量選用C1=C2的電容,那么當(dāng)某一開關(guān)管導(dǎo)通時(shí),繞組上的電壓只有電源電壓的一半,達(dá)到均壓效果,一般情況下,還要在兩個(gè)電容兩端各并聯(lián)一個(gè)電阻(原理圖中的R1和R2)并且R1=R2進(jìn)一步滿足要求,此時(shí)在選擇阻值和功率時(shí)需要注意降額。此時(shí),電容C1、C2的作用就是用來自動(dòng)平衡每個(gè)開關(guān)管的伏秒值,(與C3的區(qū)別:C3是濾去影響伏秒平衡的直流分量)。
  
直通問題:
  
所謂直通,就是Q1、Q2在某一時(shí)刻同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象,此時(shí)會(huì)構(gòu)成短路。
  
解決措施:
  
可以對驅(qū)動(dòng)脈沖寬度的最大值加以限制,使導(dǎo)通角度不會(huì)產(chǎn)生直通。
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還可以從拓?fù)渖辖鉀Q問題,才用交叉耦合封閉電路,使一管子導(dǎo)通時(shí),另一管子驅(qū)動(dòng)在封閉狀態(tài),直到前一個(gè)管子關(guān)斷,封閉才取消,后管才有導(dǎo)通的可能,這種自動(dòng)封鎖對存儲(chǔ)時(shí)間、參數(shù)分布有自動(dòng)適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn),而且對占空比可以滿度使用的。
副邊為全波電路
副邊為全波電路
副邊為全橋電路
副邊為全橋電路
  
兩個(gè)電路的選擇主要是考慮以下兩點(diǎn):
  
1、根據(jù)輸出電壓的高低,考慮管子的安全問題;
  
2、功率損耗的問題,主要是開關(guān)管和副邊繞組的損耗問題;
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半橋電路的驅(qū)動(dòng)問題:
  
1、原邊線圈過負(fù)載限制:要給原邊的功率管提供獨(dú)立的電流限制;
  
2、軟啟動(dòng):啟動(dòng)時(shí),要限制脈寬,使得脈寬在啟動(dòng)的最初若干個(gè)周期中慢慢上升;
  
3、磁的控制:控制晶體管驅(qū)動(dòng)脈沖寬度相等,要使正反磁通相等,不產(chǎn)生偏磁;
  
4、防止直通:要控制占空比上限縮??;
  
5、電壓的控制和隔離:電路要閉環(huán)控制,隔離可以是光電隔離器、變壓器或磁放大器等;
  
6、過壓保護(hù):通常是封閉變換器的開關(guān)脈沖以進(jìn)行過壓保護(hù);
  
7、電流限制:電流限制安裝在輸入或輸出回路上,在發(fā)生短路時(shí)候起作用;
  
8、輸入電壓過低保護(hù):規(guī)定只有在發(fā)揮良好性能的足夠高的電壓下才能啟動(dòng);
  
9、此外,還要有合適的輔助功能:如浪涌電流限制和輸出濾波環(huán)節(jié)等。
  
半橋電路的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn):
  
1、上下橋臂不共地,即原邊電路的開關(guān)管不共地。
  
2、隔離驅(qū)動(dòng)。
  
本篇文章幾乎將半橋電路的大部分基礎(chǔ)知識(shí)都進(jìn)行了總結(jié)和歸納。難得的是,還對半橋電路當(dāng)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了詳盡的分析,并給出了相應(yīng)的解決方案。希望大家能夠全面掌握這些知識(shí),從而為自己的設(shè)計(jì)生涯打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
 
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