推挽漏极尖峰.docx

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推挽漏极尖峰

一推挽逆变器的原理分析

　　主电路如图1所示：

　　Q1，Q2理想的栅极（UG1,UG2）漏极（UD1,UD2）波形如图2所示：

　　实际输出的漏极波形：

　　从实际波形中可以看出，漏极波形和理想波形存在不同：

在Q1,Q2两管同时截止的死区处都长了一个长长的尖峰，这个尖峰对逆变器/UPS性能的影响和开关管Q1,Q2的威胁是不言而喻的，这里就不多说了。

　　二Q1,Q2两管漏极产生尖峰的成因分析

　　从图1中可以看出，主电路功率元件是开关管Q1,Q2和变压器T1。

Q1,Q2的漏极引脚到TI初级两边走线存在分布电感，T1初级存在漏感，当然T1存在漏感是主要的。

考虑到漏感这个因素我们画出推挽电路主电路等效的原理图如图4所示：

　　从图4中可以看出L1,L2就等效于变压器初级两边的漏感，我们来分析一下Q1导通时的情形：

当Q1的栅极加上足够的驱动电压后饱和导通，电池电压加到漏感L1和变压器T1初级上半部分，当然绝大部分是加到T1初级上半部分,因为L1比T1初级上半部分电感小得多。

此时Q2是截止的，主电路电流方向为从电池正极到T1初级上半部分到L1到Q1的DS再回到电池的负极;L1上电压的极性为左负右正，T1初级上半部分电压的极性为上负下正，如图5所示：

　　当Q1栅极信号由高电平变为低电平时，此时Q2也还截止，即死区处Q1,Q2都不导通，T1初级上半部分由于和次级耦合的原因，能量仅在Q1导通时向次级传递能量，到Q1截止时T1初级上半部分上端的电位已恢复到电池电压，而L1可以看做是是一个独立的电感，它储存的能量耦合不到变压器T1的次级。

但是，随着Q1由导通转向截止，L1上的电流迅速减小，大家知道电感两端的电流是不能突变的，根据自感的原理L1必然要产生很高的反向感生电动势来阻碍它电流的减小，所以此时电感电压的极性和图5相反，T1初级上半部分的电压为0，两端点的电压都等于电池电压，此时Q1漏极的电压就等于L1两端的电压和电池电压之和，这就是Q1,Q2两管漏极产生尖峰的原因，如图6所示。

　　三Q1,Q2两管漏极产生尖峰的消除

　　上面我们已经分析了Q1,Q2两管漏极产生尖峰的原因，下面我们就来想办法消除这个尖峰了。

我想到的办法就是Q1,Q2的漏极到电池的正极加一个开关，当然这个开关也由MOS管来充当，当然其它功率管也行。

这个开关只在Q1,Q2都截止时才导通，用电路实现如图7所示：

由图7可以看出，加入D1,D2可以防止Q3,Q4寄生二极管的导通，这样，Q1,Q2漏极的尖峰就可以限制在D1,D2和Q3,Q4的压降之和了，而这个压降是很小的，漏感的尖峰的能量也释放回电池和C1了。

　　Q1,Q2,Q3,Q4的驱动时序如图8所示：

　　加入了有源嵌位后实际输出的波形如图9所示：

　　四这个电路和全桥逆变电路的比较：

　　看到这里，大家也许会说，这个电路和全桥电路不是一样吗？

你的电路还多了两个二极管。

不错，这个电路和那种两桥臂上下管都互补的全桥电路来说还是有些相似，最大的不同就是我这个电路主电路还是推挽，它的导通压降还是一个MOS管的导通压降，而全桥电路是两个MOS管的导通压降！

对于采用低电压大电流电池供电的应用场合，这个电路的损耗更小，效率更高，因为漏感的储能比较小，Q3,Q4选型时可以比Q1,Q2电流小得多，因而节约了成本。

　　实际上Q3,Q4可以只用一个的，如图10所示：

　　驱动逻辑改为，如图11所示：

　　总结：

本文从原理出发分析了在推挽逆变器中两开关管漏极产生尖峰的原因，提出了改进方法，并在实际应用中得到验证是可行的，相比于传统推挽逆变器，极大地提升了了性能，提高了效率和稳定性。

1-8-1-5．推挽式开关电源的优缺点

推挽式开关电源的优点前面已经提到很多，这里再简单概括一次。

由于推挽式变压器开关电源中的两个控制开关K1和K2轮流交替工作，其输出电压波形非常对称，并且开关电源在整个工作周期之内都向负载提供功率输出，因此，其输出电流瞬间响应速度很高，电压输出特性很好。

推挽式变压器开关电源是所有开关电源中电压利用率最高的开关电源，它在输入电压很低的情况下，仍能维持很大的功率输出，所以推挽式变压器开关电源被广泛应用于低输入电压的DC/AC逆变器，或DC/DC转换器电路中。

推挽式开关电源经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，因此只需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。

因此，推挽式开关电源是一个输出电压特性非常好的开关电源。

另外，推挽式开关电源的变压器属于双极性磁极化，磁感应变化范围是单极性磁极化的两倍多，并且变压器铁心不需要留气隙，因此，推挽式开关电源变压器铁心的导磁率比单极性磁极化的正激或反式开关电源变压器铁心的导磁率高很多倍；这样，推挽式开关电源变压器初、次级的线圈匝数可比单极性磁极化变压器初、次级的线圈匝数少一倍以上。

所以，推挽式开关电源变压器的漏感以及铜阻损耗都比单极性磁极化变压器小很多，开关电源的工作效率很高。

推挽式开关电源的两个开关器件有一个公共接地端，相对于半桥式或全桥式开关电源来说，驱动电路要简单很多，这也是推挽式开关电源的一个优点。

后面将要介绍的半桥式以及全桥式开关电源都有一个共同缺点，就是当两个控制开关K1和K2处于交替转换工作状态的时候，两个开关器件会同时出现一个半导通区，即两个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；当两个开关器件分别处于导通和截止的过渡期间，就会同时出现半导通状态，此时，相当于两个控制开关同时接通，会对电源电压产生短路，在两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，在两个控制开关K1和K2分别处于导通和截止的过渡期间，两个开关器件将会产生很大的功率损耗。

而推挽式开关电源不会存在这种损耗。

因为，当控制开关K1将要关断的时候，开关变压器的两个初级线圈N1绕组和N2绕组都会产生反电动势，而N2绕组产生的反电动势正好与输入电流的方向相反；此时，即使是K2开关器件处于半导通或全导通状态，在短时间内，在K2组成的电路中都不会出现很大的工作电流，并且在电路中，两个控制开关也不存在直接串通的回路；因此，推挽式开关电源不会像半桥式，以及全桥式开关电源那样出现两个控制开关同时串通的可能性，这也是推挽式开关电源的一个优点。

推挽式开关电源的主要缺点是两个开关器件需要很高的耐压，其耐压必须大于工作电压的两倍，因此，推挽式开关电源在220V交流供电设备中很少使用。

另外，直流输出电压可调整式推挽开关电源输出电压的调整范围比反激式开关电源输出电压的调整范围小很多，并且需要一个储能滤波电感；因此，推挽式开关电源不宜用于要求负载电压变化范围太大的场合，特别是负载很轻或经常开路的场合。

推挽式开关电源的变压器有两组初级线圈，对于小功率输出的推挽式开关电源是个缺点，对于大功率输出的推挽式开关电源是个优点。

因为大功率变压器的线圈绕组一般都用多股线来绕制，因此，推挽式开关电源的变压器的两组初级线圈与用双股线绕制没有根本区别，并且两个线圈与单个线圈相比可以降低一半电流密度