【正文】 p LI T?? （ ） 開關(guān)管 rT 的最高端電壓為（ maxdoV nV? ），其工作電流 ci 可以由下兩式給出： nii Lc ? （ ） 圖 24單端反激式變換電路 在這種變換電路中，變壓器作為一個耦合電感傳輸能量，體積 比較大，不適合于大功 車載逆變電源 設(shè)計 15 率的變換器，它的優(yōu)點是電路簡單。另外，由于這種變換器能夠自動地均衡各路負載，所以它可以比較容易地實現(xiàn)多路輸出。 單端正激式變換電路 單端正激式變換電路見于圖 25。 圖 25 單端正激式變換電路 在 onT 時間內(nèi)， rT 導(dǎo)通， pi 上升， 1D ， 3D 截止， 2D 導(dǎo)通， Li 上升， L 儲能，輸出能量到 LR 并為 C 充電， pi 中下部分為副邊電流 Li 的折算值（ Li /n），上部為變壓器原邊勵磁電流。在 OFFT 期間， rT 截止， 2D 截止， 1D ， 3D 導(dǎo)通，勵磁電流耦合到續(xù)流繞組中經(jīng) 1D 泄放掉，副邊電感 L經(jīng) 3D 續(xù)流，輸出能量到 LR 補充能量。 由于在一般的情況下，續(xù)流繞組和原邊繞組匝數(shù)基本相等，所以開關(guān)管 rT 的最高端電壓為2 dV ，其工 作電流由下式給出： m a x 1( / ) /c L di i n V T L??? （ ） 式中， 1L 為變壓器原邊勵磁電感。 推挽式變換電路 推挽式功率變換電路如圖 26 所示。兩路相位相反的 PWM 驅(qū)動脈沖分別加到逆變開關(guān)管 1rT ， 2rT 的基極，控制它們交替通斷，輸入直流電壓被變換成高頻的方波交流電壓經(jīng)變壓器輸出。當(dāng) 1rT 導(dǎo)通時， 2rT 截止，輸入電壓 dV 加在變壓器 T原邊繞組 1N 上，由于變壓器有兩個 1N 繞組，且匝數(shù)相同，所以在 2rT 上將施加兩倍的電源電壓，即 2 dV 。當(dāng)驅(qū)動脈沖結(jié)束后（死區(qū)時間），兩只開關(guān)管都截止，端電壓都為 dV 。 當(dāng) 1rT 導(dǎo)通時， 2rT 截止，工作過程和上面的類似，不再重復(fù)。 圖 26 推挽式功率變換電路 以上是分析的穩(wěn)態(tài)工作的情況，在開關(guān)管開關(guān)的過程中，有時造成電流電壓尖峰，下 車載逆變電源 設(shè)計 16 面我們分析下：在死區(qū)時間內(nèi)，兩只開關(guān)管都截止，變壓器副邊如果有如上所示的整流濾波電路，副邊電感將通過兩只整流二極管續(xù)流，兩只整流二極管都導(dǎo)通。這時如果原邊有一只開關(guān)管導(dǎo)通，副邊將會有一只二極管截止，在它由導(dǎo)通到截止轉(zhuǎn)換時，有一個反向恢復(fù)的過程，這時變壓器 副邊相當(dāng)于短路，所以在原邊會有一個電流尖峰。 半橋逆變式主電路 半橋逆變式功率變換主電路的形式如圖 27 所示。 圖 27 半橋逆變式主電路 當(dāng)兩只開關(guān)管 1rT ， 2rT 都截止時，若兩只電容相等，即 1C = 2C ，則兩電容中的點 A 的電壓為輸入電壓的一半，即 12 /2C C dV V V?? 。當(dāng) 1rT 導(dǎo)通時，電容 1C 將通過 1rT 和變壓器原邊 1N 放電，同時電源電壓 dV 通過 1rT 和變壓器原邊 1N 放電為電容 2C 充電，中點 A的電位將有所上升；當(dāng) 1rT 導(dǎo)通時，兩只開關(guān)管 1rT ， 2rT 又都截止，它們的端電壓又都回到輸入電壓的一半，即 /2dV 。當(dāng) 2rT 導(dǎo)通時， 1rT 截止，電容 1C 被充電， 2C 放電， A點的電位下降； 2rT導(dǎo)通結(jié)束后，又回到 1rT ， 2rT 都截止的狀態(tài)。 由此可見，半橋式逆變式功率變換電路變壓器原邊施加的電壓只是電源電壓的一半，所以要使它與推挽式電路輸出同樣大小的功率，開關(guān)管的電流將是推挽電路的兩倍；換句話說，如果它們的開關(guān)電流一樣，電源電壓也相等，半橋電路的輸出功率將是推挽電路的一半。所以 ，半橋電路不適合于輸出功率大的逆變電路。 全橋逆變功率轉(zhuǎn)換電路 全橋逆變功率轉(zhuǎn)換電路與半橋電路的區(qū)別是，用另外兩只相同的開關(guān)管代替兩只電容，即由 4只開關(guān)管組成逆變開關(guān)電路，如圖 28 所示。 車載逆變電源 設(shè)計 17 圖 28 全橋逆變功率轉(zhuǎn)換電路 全橋逆變電路的工作需要兩組相位相反的驅(qū)動脈沖分別控制兩對開關(guān)管，具體說就是1rT 和 4rT 同時通斷， 3rT 和 2rT 同時通斷， 2rT 和 3rT 截止，變壓器原邊電壓為下正上負的 dV ；反之，當(dāng) 3rT 和 2rT 同時導(dǎo)通時， 1rT 和 4rT 截 止，變壓器原邊電壓為下正上負的 dV 。在 4只開關(guān)管都截止的死區(qū)時間內(nèi)，開關(guān)管端電壓和電壓尖峰和半橋電路類似。開關(guān)管剛剛導(dǎo)通時的電流尖峰也同半橋電路類似。 基本 DC/DC 變換器主電路拓撲 逆變電源的一個重要組成部分是 DC/DC 變換器，因為它是電能轉(zhuǎn)換的核心，涉及頻率變換。把直流電壓變換成另一種直流電壓最簡單的方法就是串聯(lián)分壓，這樣不涉及變頻的問題，但是效率是非常低的。用一個半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，使帶有濾波器（電感或者是電容）的負載與直流電壓間隔 性通斷，則負載上也得到另一個直流電壓。這就是逆變電源 DC/DC 變換的原理。逆變電源的 DC/DC 變換電路主要有兩類，即基本型的（不帶變壓隔離器的）和帶變壓器型的?；咀儞Q器只完成變壓；帶隔離的變換器具有變壓功能外，還能完成輸入輸出電壓隔離及實現(xiàn)多路輸出等功能。 變壓器隔離的作用是提供輸入與輸出之間的隔離。帶變壓隔離器的變換器是從基本變換器派生、組合、演變而來。它們從哪種基本變換器演化而來，就帶有哪個基本變換器的本質(zhì)特征（如電壓增益）。所謂派生，是指變壓器插入到各基本變換器中的各不同點上而形成的電路。將變壓隔離 器組合可形成很多有特點的電路。本節(jié)來介紹單端正激變換、半橋變換和全橋變換。 隔離型單端正激變換器 圖 29所示為單端正激型變換器的主電路， T為高頻變壓器。當(dāng)開關(guān)晶體管 rT 導(dǎo)通時， 車載逆變電源 設(shè)計 18 整流二極管 1D 也同時導(dǎo)通，輸入電能通過高頻變壓器 T 和二極管 1D 傳遞給負載，同時將部分能量儲存在輸出回路中的儲能電感 L 中。當(dāng)開關(guān)晶體管 rT 截止時，高頻變壓器原邊電壓 sV 、副邊電壓 0V 均反相，整流二極管 1D 因電壓反偏而截止。儲能電感中的自感電勢使續(xù)流二極管 2D 正偏而導(dǎo)通，繼續(xù)給負載供電，此時變壓器無能量傳遞，因而稱此電路為正激型變換電路。 圖 29 單端正激型變換電路 單端正激型變換器中的高頻變壓器 T 的主要作用是電壓交換、功 率傳遞和實現(xiàn)輸出與輸入之間的隔離，其功能與普通電力變壓器的功能相仿。 圖 29所示的單端正激型變換電路，在實用中還存在去磁問題。當(dāng)開關(guān)管 rT 導(dǎo)通時，高頻變壓器 T中有一定的勵磁電流，存儲有一部分能量，這一部分能量在開關(guān)管截止時無泄放回路，因而會在變壓器中激起很高的電壓，損壞開關(guān)管，因而，實用的單端正激型變換器還必須加上泄放勵磁電流所產(chǎn)生的能量的回路。圖 210 是實用的單端正激型變換電路，是在圖 29中的高頻變壓器中增加一組去磁繞組 3N ，再串聯(lián)接入一個鉗位二極管 3D 構(gòu)成的。這樣當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通期間高頻變壓器勵磁電流所存儲的能量，在開關(guān)管截止時，由于3D 導(dǎo)通，便可以通過 3D 回送給輸入電源 sV ，同時將線圈 1N 異名端產(chǎn)生的尖峰電壓限制在允許的范圍內(nèi)。 圖 210 實用的單端正 激型變換電路 單端正激型變換器和 Buck 變換器一樣，具有電壓調(diào)整好、帶負載能力強、輸出電壓中紋波小等優(yōu)點外，還具有以下優(yōu)點：可方便地實現(xiàn)交流電網(wǎng)和直流輸出端之間的隔離；能方便地實現(xiàn)多路輸出。主要缺點是高頻變壓器僅工作在 BH曲線的一側(cè)，因而利用率較 車載逆變電源 設(shè)計 19 低。 隔離型半橋逆變器 隔離型半橋逆變器的電路如圖 211 所示，兩只容量、耐壓都相同的電容器 C C2 和兩只特性相同的開關(guān)晶體管 1rT ， 2rT 組成一個電橋， 輸入電源電壓 SV 加于電橋一對角線的兩端點上，而高頻變壓器的原邊繞組則接在電橋另一對對角線的兩端點上。由于電容 1C ，2C 電容器上的電壓相等，都等于輸入電源電壓的一半，即 /2sV 。當(dāng)開關(guān)管 1rT 被驅(qū)動時，電容 C兩端電壓相等，都等于輸出電源電壓的一半，其極性為上負下正。 當(dāng)開關(guān)管 1rT 截止、 2rT 被驅(qū)動導(dǎo)通時，電容 C2 兩端的電壓通過開關(guān)管 2rT 加到變壓器原邊繞組 N1 的兩端，使 N1 兩端電壓極性反向，即上正下負，其值也等于其輸入電壓的一半。因此，當(dāng)功率開關(guān)管 1rT ， 2rT 輪流導(dǎo)通、截止時，在高頻變壓器原邊繞組 N1 兩端便產(chǎn)生一幅值為 /2sV 的正負方波脈沖電壓，此脈沖電壓通過高頻變壓器傳遞到副邊，再經(jīng)整流二極管整流、儲能電感 L及電容 C濾波后向負載供電。 圖 211 隔離半橋型變換電路 在圖 211 中，和開關(guān)管 1rT 、 2rT 并聯(lián)的兩只二極管 D D2 稱為換向二極管，它有兩個作用： (1) 變換器在運行過程中，如果負載突然斷開，則變壓器漏感和分布參數(shù)形式的自激振蕩有可能在開關(guān)管的兩端產(chǎn)生瞬間過壓，使開關(guān)管反向 擊穿損壞。加入換向二極管后，兩電極之間的電壓最大為 左右，這樣就防止了開關(guān)管因反向?qū)ǘ鴵p壞； (2) 當(dāng)開關(guān)管剛截止時，換向二極管能將開關(guān)管導(dǎo)通時變壓器漏感所儲存的能量回送到輸入電源，同時還能消除漏感形成的尖峰電壓。 圖 211 所示的隔離型半橋變換電路中，當(dāng)開關(guān)管 1rT 、（或 2rT ）導(dǎo)通時，加于變壓器原邊繞組上的電壓是電容器 C1（或 C2）兩端的電壓。在電路中，由于開關(guān)管 1rT 和 2rT 的特性不一致，從而引起開關(guān)管 1rT 的導(dǎo)通時間比開關(guān)管 2rT 的長，則電容 C1兩端的平均電壓就會比電容 2C 兩端的低。故 1rT 導(dǎo)通時，加于變壓器原邊繞組兩端的電壓幅值，就會比 2rT 導(dǎo) 車載逆變電源 設(shè)計 20 通時的要低，從而就能 夠使加到變壓器原邊繞組兩端正負方波的伏秒積分始終維持相等。因而此電路具有比較強的抗不平衡能力。 在實際應(yīng)用的電路中，通常在高頻變壓器的原邊電路中串入一只大容量的電容 C3，用來進一步增強電路的抗不平衡能力，防止由于開關(guān)管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和。 隔離型半橋變換器的主要優(yōu)點：高頻變壓器的利用率高，在整個周期內(nèi)都工作；開關(guān)管截止時承受的電壓低，僅為一倍的輸入電源電壓；抗不平衡能力強。隔離型半橋變換器的主要缺點是輸出功率小，變壓器原邊繞組上施加的方波幅值只是輸入電源電壓的一半。 隔離型全橋變換器 將隔離半橋型中的電容 C C2 也換成開關(guān)管，從而把加到高頻變壓器原邊繞組的方波電壓幅值提高等于輸入電源電壓 sV ，這樣改變后的電路稱為全橋型變換器，如圖 212。 圖 212 隔離型全橋變換電路 在此電路中，橋路相對邊上的一對開關(guān)管 1rT 、 4rT 或 2rT 、 3rT 是同 時導(dǎo)通和同時截止的。此電路既保持有隔離半橋型變換器中開關(guān)管截止時極間所承受的電壓較推挽型電路低的特點，又具有推挽型電路所具有的輸出電壓高、輸出功率大的優(yōu)點。該電路的缺點是需要用四只開關(guān)管，還需要四組彼此隔離的基極驅(qū)動電路，驅(qū)動電路比較復(fù)雜。 驅(qū)動電路 驅(qū)動電路的作用就是將控制電路輸出的脈沖放大到足以驅(qū)動功率晶體管，所以單從原理上講，驅(qū)動電路主要起開關(guān)功率放大作用，即脈沖放大器。但其重要性在于功率晶體管的開關(guān)特性與驅(qū)動電路的性能密切相關(guān)。同樣的功率開關(guān)管，采用不同的驅(qū)動電路將得到不同的開關(guān)特性。設(shè)計優(yōu) 良的驅(qū)動電路能改善功率晶體管的開關(guān)特性，從而減小開關(guān)損耗，提高電源的效率及功率器件工作的可靠性。因此，驅(qū)動電路的優(yōu)劣直接影響電源的性能。隨著開關(guān)工作頻率的提高，驅(qū)動電路的優(yōu)化設(shè)計顯得越來越重要。驅(qū)動電路的最佳驅(qū)動特性應(yīng)具有： ，驅(qū)動電路提供的基極電流應(yīng)有快速的上升沿，并一開始有一定的過 車載逆變電源 設(shè)計