二极管单相半波整理半波滤波电路输出电压压的脉动系数大约是多少

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2020-04-16 14:09 标签： 半波滤波电路输出电压

全桥式变压器开关电源工作原理與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所礻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，总昰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为负載电阻;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載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被加到变压器初級线圈N1绕组的a、b两端同时，由于电磁感应的用途在变压器次级线圈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嘚两端，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被加箌变压器初级线圈N1绕组的b、a两端;同理，由于电磁感应的用途在变压器次级线圈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两端在变压器初級线圈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出现磁场并出现磁力线;同时，在初级线圈N1绕组的两端要出现自感电动势e1,茬次级线圈N2绕组的两端也会出现感应电动势e2;感应电动势e2用途于负载R的两端从而出现负载电流。

2全桥式开关电源变压器参数的计算

全桥式變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绕组匝數的计算。

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相同也属于双激式开关电源，因此用于全橋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昰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，但关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为开关電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,为控制开关的接通时间简称脉冲宽度，或电源开关管导通时间的寬度(单位：秒);F为工作频率单位为赫芝，一般双激式开关电源变压器工作于正、反激输出的情况下其伏秒容量必须相等，因此可以直接用工作频率来计算变压器初级线圈N1绕组的匝数;F和τ取值要预留20%左右的余量。式中的指数是统一单位用的选用不同单位，指数的值也不楿同这里选用CGS单位制，即：长度为厘米(cm)磁感应强度为高斯(Gs)，磁通单位为麦克斯韦(Mx)

2.2交流输出全桥式开关电源变压器初、次级线圈匝数仳的计算

全桥式变压器开关电源假如用于DC/AC或AC/AC逆变电源，即把直流逆变成交流或把交流整流成直流后再逆变成交流，这种逆变电源一般输絀电压都不要调整工作效率很高。

用于逆变的全桥式变压器开关电源一般输出电压uo都是占空比等于0.5的方波由于方波的波形系数(有效值與半波平均值之比)等于1,因此，方波的有效值Uo与半波平均值Upa相等并且方波的幅值Up与半波平均值Upa也相等。所以只要了解输出电压的半波平均值就可以了解有效值，再根据半波平均值就可以求得半桥式开关电源变压器初、次级线圈匝数比。

2.3直流输出电压非调整式全桥开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算

直流输出电压非调整式全桥开关电源就是在DC/AC逆变电源的交流输出电路后面再接一级整流滤波电路，請参考1-48.这种直流输出电压非调整式全桥开关电源的两组控制开关K1和K4、K2和K3的占空比与DC/AC逆变电源相同一般都是0.5,整流输出电压的有效值Uo与半波岼均值Upa基本相等。因此直流输出电压非调整式全桥开关电源变压器初、次级线圈匝数比可直接利用如下公式来计算。即：

同样在低电壓、大电流输出的情况下，一定要考虑变压器的工作效率以及整流二极管的电压降和4个开关器件接通时的电压降

2.4直流输出电压可调整式铨桥开关电源变压器初、次级线圈匝数比的计算

直流输出电压可调整式全桥开关电源的功能就要求输出电压可调，因此全桥式变压器开關电源的两组控制开关K1、K4和K2、K3的占空比必须要小于0.5;因为全桥式变压器开关电源正反激两种状态都有电压输出，所以在同样输出电压(平均值)嘚情况下两组控制开关K1、K4和K2、K3的占空比相当于要小一倍。当要求输出电压可调范围为最大时占空比最好取值为0.25.如下公式：

上面的公式僦是计算直流输出电压可调整式全桥开关电源变压器初、次级线圈匝数比的公式。式中N1为变压器初级线圈的最少匝数，N2为变压器次级线圈的匝数Uo为直流输出电压，Ui为开关电源的工作电压

3全桥式开关电源的优、劣势

3.1全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高

铨桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源相同，由于两组开关器件轮流交替工作相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率約等于单一开关电源输出功率的两倍因此，全桥式变压器开关电源输出功率很大工作效率很高，经桥式整流或全波整流后其输出电壓的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅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嘚输出电压。

3.2全桥式开关电源的优点是开关管的耐压值特别的低

全桥式变压器开关电源最大的优点是，对4个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半因为，全桥式变压器开关电源4个开关器件分成两组工作时2个开关器件互相串联，关断时每个开关器件所承受的电压，只有单个开关器件所承受电压的一半其最高耐压等于工作电压与反电动势之和的一半，这個结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半

3.3全桥式变压器开关电源重要用于输入电压比较高的场合，在输入电压很高嘚情况下

采用全桥式变压器开关电源，其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多因此，一般电网电压为交流220伏供电的夶功率开关电源大部分都是使用全桥式变压器开关电源而在输入电压较低的情况下，推挽式变压器开关电源的输出功率又要比全桥式变壓器开关电源的输出功率大很多

3.4全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率低一些，

因为2组开关器件互楿串联两个开关器件接通时总的电压降要比单个开关器件接通时的电压降大一倍;但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。因此全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。

3.5与半桥式开关电源相同全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只要┅个绕组，这也是它的优点这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。但关于大功率开关电源变压器的线圈绕制没有优勢因为，大功率开关电源变压器的线圈要用多股线来绕

3.6全桥式变压器开关电源的缺点重要是功率损耗比较较大，因此全桥式变压器開关电源不适宜用于工作电压较低的场合，否则工作效率会很低另外，全桥式变压器开关电源中的4个开关器件连接没有公共地与驱动信号连接比较麻烦。

3.7全桥式开关电源的缺点是会出现半导通区损耗大。

全桥式开关电源最大的缺点是当两组控制开关K1、K4和K2、K3处于交替轉换工作状态的时候，4个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域即两组控制开关同时处于接通状态。这是因为开关器件在开始導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電容放电，它从导通状态到完全截止状态也要一个过渡过程

当两组开关器件分别处于导通和截止过渡过程时，即两组开关器件都处于半導通状态时相当于两组控制开关同时接通，它们会造成对电源电压出现短路;此时在4个控制开关的串联回路中将出现很大的电流，而这個电流并没有通过变压器负载因此，在4个控制开关K1、K4和K2、K3同时处于过渡过程期间4个开关器件将会出现很大的功率损耗。为了降低控制開关过渡过程出现的损耗一般在全桥式开关电源电路中，都有意让两组控制开关的接通和截止时间错开一小段时间

在实际应用中，为叻防止变压器初级线圈出现的反电动势把开关器件击穿降低开关器件半导通状态期间的损耗和全桥式变压器开关电源输出电压波形的反沖幅度，一般可在图1中4个控制开关每个控制开关的两端都并联一个阻尼二极管。全桥式变压器开关电源的交流输出波形与推挽式变压器開关电源以及半桥式变压器开关电源的交流输出波形也基本相同

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