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凡亿专栏 | 全桥式开关电源
全桥式开关电源

这两天有好多同学问能不能出一期关于全桥开关电源,那我们今天就简单讲一下全桥式开关电源。


下图为简易的全桥式开关电源原理图: 

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图中,Q1-Q4为电源的开关管,我们也可以称为MOS管,他们被分为两组,Q1和Q4为一组,由信号1控制,当Q1和Q4导通时,输入电压Vi被加至变压器初级线圈N1的AB两端,同时在电磁感应的作用下,变压器次级端会输出一个和初级绕组成正比的电压,并加到负载RL的两端;Q2和Q3为一组,由信号2控制,当Q1和Q4截止时,Q2和Q3导通,输入电压Vi被加到变压器初级线圈BA两端,由于磁感应作用,变压器次级端两端也会输出一个电压,并加到负载RL两端;在我们电源工作时,这两组开关管会进行交替工作,T1为开关变压器,N1为变压器初级线圈,RL为负载电阻。


全桥式开关电源和推挽式开关电源的运作模式差不多,由于两组开关管轮流交替工作,就相当于两个开关电源同时输出功率,因此全桥式开关电源输出功率很大,工作效率也很高,所以全桥式开关电源使用在高功率的开关电源中,一般使用在1000W以上的场合。


全桥式开关电源最大的缺点是,当两组控制开关Q1、Q4和Q2、Q3处于交替转换工作状态的时候,4个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域,即两组控制开关同时处于接通状态。这是因为开关器件在开始导通的时候,相当于对电容充电,它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程;而开关器件从导通状态转换到截止状态的时候,相当于对电容放电,它从导通状态到完全截止状态也需要一个过渡过程。


当两组开关器件分别处于导通和截止过渡过程时,即两组开关器件都处于半导通状态时,相当于两组控制开关同时接通,它们会造成对电源电压产生短路;此时,在4个控制开关的串联回路中将出现很大的电流,而这个电流并没有通过变压器负载。因此,在4个控制开关Q1、Q4和Q2、Q3同时处于过渡过程期间,4个开关器件将会产生很大的功率损耗。为了降低控制开关过渡过程产生的损耗,一般在全桥式开关电源电路中,都有意让两组控制开关的接通和截止时间错开一小段时间。


如果我们要设计一个全桥开关电源,可以按照如下步骤:
1. 确定电源的输入输出参数,如输入电压、输出电压和输出电流等;
2. 选择合适的变压器和电感,确保足够的储能和转换效率;
3. 选择合适的开关管,确保足够的导通和截止能力;
4. 设计合适的保护电路,如过电压、过电流和过热等保护;
5. 进行热分析和优化,确保电源在工作温度范围内保持良好的性能。




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