高頻雙半波整流電路改進(jìn)設計

1引言

在低壓輸出的推挽、橋式、半橋式開(kāi)關(guān)電源電路中，變壓器的次級多采用傳統型雙半橋整流電路。但該電路中變壓器的結構復雜，而且要求變壓器的容量相對較大。本文介紹的改進(jìn)型雙半波整流電路能實(shí)現對推挽、橋式、半橋式等電路結構的簡(jiǎn)化并提高隔離變壓器利用率。下面對比分析兩種整流電路的工作原理。

2傳統雙半波整流電路

傳統雙半波整流電路中變壓器次級線(xiàn)圈中心抽頭接輸出負端。中心抽頭將次級線(xiàn)圈分成為兩個(gè)極性相反的電勢源和漏感。但是它們的磁結構卻不能達到理想狀態(tài)，而且兩個(gè)漏感由于不可能完全相等而產(chǎn)生的起始偏差對電路的正常工作有很大影響。另外，隔離變壓器的初級線(xiàn)圈因續流而短路，這期間續流對次級線(xiàn)圈中的電流分配也有影響。以上這些都是傳統雙半波整流應注意的問(wèn)題。

這種電路的工作原理及其工作過(guò)程如下：

　　根據圖1所示，在每一個(gè)工作周期的正半周的有效期間，VD1處于導通狀態(tài)，VD2為阻斷狀態(tài)。通過(guò)電感LO的電流ILO流過(guò)N21，而N22上無(wú)電流。在續流期間，N21、N22兩端電壓為0。理論上，輸出電流應在次級線(xiàn)圈N21、N22之間均勻分布。但實(shí)際上，由于漏感與實(shí)際的磁路結構有關(guān)，輸出電流在N21、N22之間不可能是均勻分配的。

N21釋放出大部分能量，I21減小，N22通過(guò)漏感和其有效電壓使電流增加，從而完成續流過(guò)程。在負半周的有效期間VD1處于阻斷，VD2導通，N22、VD2承擔LO上所有電流。再下一個(gè)續流期間，N21、N22兩端電壓又都變?yōu)?，與上述的續流期間一樣N22釋放電流（主要波形見(jiàn)圖2）。

由上述分析可知：N21、N22不僅在續流期間供給負載電流，而且各線(xiàn)圈在相連的二極管導通時(shí)也提供負載電流。這樣，不僅增加了線(xiàn)圈的電流有效值使變壓器容量加大，而且兩線(xiàn)圈的磁路結構不同也會(huì )造成其電流值與理論值有較大差異。

3改進(jìn)型雙半波整流電路

為了完成從傳統雙半波整流到改進(jìn)型雙半波整流的轉化，可以利用單端正激型變換器的工作原理，把變壓器的工作過(guò)程分解為兩個(gè)部分，即正半周工作過(guò)程和負半周工作過(guò)程。這樣可得到圖3所示電路，即改進(jìn)型雙半波整流電路。它是由一個(gè)沒(méi)有抽頭的變壓器次級線(xiàn)圈、兩個(gè)相同的整流二極管、兩個(gè)獨立相同的濾波電感和與傳統雙半波整流電路相同的濾波電容所組成。

圖1傳統雙半波整流電路

圖2傳統雙半波整流電路波形

圖3改進(jìn)型雙半波整流電路

圖4改進(jìn)型雙半波整流電路波形

該電路的工作過(guò)程為：在每個(gè)工作周期的正半周有效期間，變壓器次級線(xiàn)圈兩端電壓U2為正，VD1正偏導通，VD2反偏阻斷，VD1同時(shí)處于整流和續流工作狀態(tài)。L1通過(guò)VD1、通路續流放電。L2的電流流過(guò)變壓器的次級線(xiàn)圈，與VD1、C形成閉合回路。輸出電流是兩個(gè)濾波電感電流IL1、IL2的直流分量的總和。變壓器在正半周有效期間內只流過(guò)了負載電流的一半，L1兩端電壓 UL1為負值，IL1逐漸減小，UL2為正，IL2增加。正半周有效期間過(guò)后，隨之而來(lái)的是一個(gè)續流間隔，U2電壓為0，I2迅速下降到0。VD2導通形成L2的續流通路，IL1繼續減小，UL2變?yōu)樨撝?，IL2隨之減小。在負半周有效期間到來(lái)時(shí)，變壓器次級線(xiàn)圈電壓U2變?yōu)樨?，VD2處于正偏導通，VD1反偏阻斷。同理，VD2也同時(shí)具有整流和續流的作用，變壓器次級線(xiàn)圈上電流I2迅速改變方向，其大小等于L1上的電流值IL1。VD2整流過(guò)程中，變壓器次級線(xiàn)圈、VD2、C及L1構成回路，L1兩端電壓UL1變正，L1儲能，電流IL1開(kāi)始增加。L2通過(guò)VD2續流釋放儲能，IL2電流下降，當U2再次為0時(shí)，又一次續流開(kāi)始，L1兩端電壓UL1變負，使IL1減少，L2的電流仍保持下降。然后重復上述過(guò)程（主要波形如圖4）。

4對比分析

從傳統雙半波整流和改進(jìn)型雙半波整流電路的工作原理分析比較中可以看出，后者不需要中心抽頭，也就省了由于中心抽頭帶來(lái)的匝數和磁結構不均衡現象。從而消除了因磁結構不對稱(chēng)造成的次級線(xiàn)圈中直流分量不能抵消而產(chǎn)生的直流磁化問(wèn)題。并且減小了變壓器的容量，簡(jiǎn)化電路的結構，并且降低了功耗，減小了變壓器的尺寸。改進(jìn)型雙半波整流電路中二極管和濾波電容的應力都與傳統雙半波整流相同，只是附加了一個(gè)濾波電感，每個(gè)濾波電感上的電流僅為輸出電流的一半。兩個(gè)濾波電感上的紋波電流相互抵消或部分抵消，這樣可以減小濾波電容的容量或減小濾波電感的電感量，而且其變壓器次級線(xiàn)圈承擔大約一半的輸出電流，次級線(xiàn)圈電流容量減小為前者的，如果考慮續流，則可繼續減小約7％。因此，改進(jìn)型雙半波整流技術(shù)為使用推挽、橋式、半橋式電路提供了一更為簡(jiǎn)單的電路結構。