基于全桥式变压器开关电源设计的分析
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2020-08-28
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基于全桥式变压器开关电源设计的分析基于全桥式变压器开关电源设计的分析
全桥式变压器开关电源也属于双激式变压器开关电源。它同时具有推挽式变压器开关电源电压利用率高，又具
有半桥式变压器开关电源耐压高的特点。由于全桥式变压器开关电源经常用于工作电压高，输出大功率大的场
合，因此，本文主要是基于全桥式变压器开关电源设计进行分析。
摘要：全桥式变压器开关电源也属于双激式变压器开关电源。它同时具有推挽式变压器开关电源电压利用率高，又具有半桥式摘要：全桥式变压器开关电源也属于双激式变压器开关电源。它同时具有推挽式变压器开关电源电压利用率高，又具有半桥式
变压器开关电源耐压高的特点。由于全桥式变压器开关电源经常用于工作电压高，输出大功率大的场合，因此，本文主要是基变压器开关电源耐压高的特点。由于全桥式变压器开关电源经常用于工作电压高，输出大功率大的场合，因此，本文主要是基
于全桥式变压器开关电源设计进行分析。于全桥式变压器开关电源设计进行分析。
1 全桥式变压器开关电源的工作原理
全桥式变压器开关电源工作原理与推挽式变压器开关电源以及半桥式变压器开关电源的工作原理是很相似的，我下面先来了解
全桥式变压器开关电源工作原理。如下图1所示是全桥式变压器开关电源工作原理图。图中，K1、K2、K3、K4是4个控制开
关，它们被分成两组；K1和K4为一组，K2和K3为另一组。开关电源工作的时候，总是一组接通，另一组关断，两组控制开关
轮流交替工作；T为开关变压器，N1为变压器的初级线圈，N2为变压器的次级线圈；Ui为直流输入电压，R为负载电阻；uo为
输出电压，io为流过负载的电流。
从上面的原理图中可以看出，控制开关K1和K4与控制开关K2和K3正好组成一个电桥的两臂，变压器作为负载被跨接于电桥两
臂的中间。因此，我们把图1的电路称为全桥式开关电源电路。图中，当控制开关K1和K4接通时候，电源电压Ui被加到变压器
初级线圈N1绕组的a、b两端，同时，由于电磁感应的作用在变压器次级线圈N2绕组的两端也会输出一个与N1绕组输入电压Ui
成正比的电压，并加到负载R的两端，使开关电源输出一个正半周电压。
当控制开关控制开关K1和K4由接通转为关断的时候，控制开关K2和K3则由关断转为接通，电源电压Ui被加到变压器初级线圈
N1绕组的b、a两端；同理，由于电磁感应的作用在变压器次级线圈N2绕组的两端也会输出一个与N1绕组输入电压成正比的电
压，并加到负载R的两端，使开关电源输出一个负半周电压。
当控制开关K1和K4接通时候，电源电压Ui被加到变压器初级线圈N1绕组的a、b两端，在变压器初级线圈N1绕组中将有电流
经过，通过电磁感应会在变压器的铁心中产生磁场，并产生磁力线；同时，在初级线圈N1绕组的两端要产生自感电动势e1,在
次级线圈N2绕组的两端也会产生感应电动势e2;感应电动势e2作用于负载R的两端，从而产生负载电流。
2 全桥式开关电源变压器参数的计算
全桥式变压器开关电源的工作原理与推挽式变压器开关电源的工作原理是非常接近的，只是变压器的激励方式与工作电源的接
入方式有点不同；因此，用于计算推挽式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的数学表达式，同样可以用于全桥式变
压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的计算。
2.1全式开关电源变压器初级线圈匝数的计算
全桥式变压器开关电源与推挽式开关电源一样，也属于双激式开关电源，因此用于全桥式开关电源的变压器铁心的磁感应强度
B,可从负的最大值-Bm,变化到正的最大值+Bm,并且变压器铁心可以不用留气隙。全桥式开关电源变压器的计算方法与前面推
挽式开关电源变压器的计算方法基本相同，根据推挽式开关电源变压器初级线圈匝数计算公式：
由上面的公式看出，虽然是用来计算推挽式变压器开关电源变压器初级线圈N1绕组匝数的公式，但对于全桥式变压器开关电
源变压器初级线圈匝数的计算同样有效。
式中，N1为变压器初级线圈N1绕组的最少匝数，S为变压器铁心的导磁面积（单位：平方厘米），Bm为变压器铁心的最大磁
感应强度（单位：高斯）；Ui为开关电源的工作电压，即加到变压器初级线圈N1绕组两端的电压，单位为伏；τ = Ton,为控制
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