【導(dǎo)讀】 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,并進行輸出,提供方波信號。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?/div>
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C1=C2,那么當(dāng)某一開關(guān)管導(dǎo)通時,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,此時變壓器兩端所加的電壓為母線電壓的一半,同時能量由原邊向副邊傳遞。Q1關(guān)斷,Q2關(guān)斷,此時變壓器副邊兩個繞組由于整流二極管兩個管子同時續(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。此時變壓器兩端所加的電壓也基本上是母線電壓的一半,同時能量由原邊向副邊傳遞。副邊兩個二極管完成換流。
半橋電路中應(yīng)該注意問題匯總
偏磁問題
原因:由于兩個電容連接點A的電位是隨Q1、Q2導(dǎo)通情況而浮動的,所以能夠自動的平衡每個晶體管開關(guān)的伏秒值,當(dāng)浮動不滿足要求時,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點的電壓就會有影響,就會有有灰色面積中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)動變壓器,將會發(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)一個電容的工作波形圖
解決辦法:在變壓器原邊線圈中加一個串聯(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,就會平衡電壓的伏秒值,達到消除偏磁的目的。
用作橋臂的兩個電容選用問題:
從半橋電路結(jié)構(gòu)上看,選用橋臂上的兩個電容C1、C2時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,繞組上的電壓只有電源電壓的一半,達到均壓效果,一般情況下,還要在兩個電容兩端各并聯(lián)一個電阻(原理圖中的R1和R2)并且R1=R2進一步滿足要求,此時在選擇阻值和功率時需要注意降額。此時,電容C1、C2的作用就是用來自動平衡每個開關(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)。
解決措施:
可以對驅(qū)動脈沖寬度的最大值加以限制,使導(dǎo)通角度不會產(chǎn)生直通。
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,另一管子驅(qū)動在封閉狀態(tài),直到前一個管子關(guān)斷,封閉才取消,后管才有導(dǎo)通的可能,這種自動封鎖對存儲時間、參數(shù)分布有自動適應(yīng)的優(yōu)點,而且對占空比可以滿度使用的。
副邊為全波電路
副邊為全橋電路
兩個電路的選擇主要是考慮以下兩點:
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;
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;
半橋電路的驅(qū)動問題:
1、原邊線圈過負(fù)載限制:要給原邊的功率管提供獨立的電流限制;
2、軟啟動:啟動時,要限制脈寬,使得脈寬在啟動的最初若干個周期中慢慢上升;
3、磁的控制:控制晶體管驅(qū)動脈沖寬度相等,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小;
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:通常是封閉變換器的開關(guān)脈沖以進行過壓保護;
7、電流限制:電流限制安裝在輸入或輸出回路上,在發(fā)生短路時候起作用;
8、輸入電壓過低保護: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;
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。
2、軟啟動:啟動時,要限制脈寬,使得脈寬在啟動的最初若干個周期中慢慢上升;
3、磁的控制:控制晶體管驅(qū)動脈沖寬度相等,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小;
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:通常是封閉變換器的開關(guān)脈沖以進行過壓保護;
7、電流限制:電流限制安裝在輸入或輸出回路上,在發(fā)生短路時候起作用;
8、輸入電壓過低保護: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;
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)動特點:
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。
2、隔離驅(qū)動。
如何將雙電源運放電路改為單電源電路
絕大多數(shù)的模擬電路設(shè)計者都知道怎么在雙電源電壓的條件下使用運算放大器,比如圖1左邊的那個電路,一個雙電源是由一個正電源和一個相等電壓的負(fù)電源組成。一般是正負(fù)15V,正負(fù)12V和正負(fù)5V也是經(jīng)常使用的。輸入電壓和輸出電壓都是參考地給出的,還包括正負(fù)電壓的擺動幅度極限Vom以及最大輸出擺幅。
單電源供電的電路(圖1中右)運放的電源腳連接到正電源和地。正電源引腳接到VCC+,地或者VCC-引腳連接到GND。將正電壓分成一半后的電壓作為虛地接到運放的輸入引腳上,這時運放的輸出電壓也是該虛地電壓,運放的輸出電壓以虛地為中心,擺幅在Vom 之內(nèi)。有一些新的運放有兩個不同的最高輸出電壓和最低輸出電壓。這種運放的數(shù)據(jù)手冊中會特別分別指明Voh 和Vol 。需要特別注意的是有不少的設(shè)計者會很隨意的用虛地來參考輸入電壓和輸出電壓,但在大部分應(yīng)用中,輸入和輸出是參考電源地的,所以設(shè)計者必須在輸入和輸出的地方加入隔直電容,用來隔離虛地和地之間的直流電壓。
單電源供電的電路
通常單電源供電的電壓一般是5V,這時運放的輸出電壓擺幅會更低。另外現(xiàn)在運放的供電電壓也可以是3V 也或者會更低。出于這個原因在單電源供電的電路中使用的運放基本上都是Rail-To-Rail 的運放(如AD820、AD822、AD824),這樣就消除了丟失的動態(tài)范圍。需要特別指出的是輸入和輸出不一定都能夠承受Rail-To-Rail 的電壓。雖然器件被指明是軌至軌(Rail-To-Rail)的,如果運放的輸出或者輸入不支持軌至軌,接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會使運放的功能退化,所以需要仔細(xì)的參考數(shù)據(jù)手冊是否輸入和輸出是否都是軌至軌。
結(jié)論
本篇文章幾乎將半橋電路的大部分基礎(chǔ)知識都進行了總結(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,從而為自己的設(shè)計生涯打好堅實的基礎(chǔ)。然后介紹了如何將雙電源運放電路改為單電源電路設(shè)計,更好了為電路設(shè)計者服務(wù)。
本篇文章幾乎將半橋電路的大部分基礎(chǔ)知識都進行了總結(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,從而為自己的設(shè)計生涯打好堅實的基礎(chǔ)。然后介紹了如何將雙電源運放電路改為單電源電路設(shè)計,更好了為電路設(shè)計者服務(wù)。
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