3.2.1 工作原理
半桥变换器拓扑如图3.1所示。如同双端正激变换器那样,晶体管关断时承受电压应力为Vdc而不是2Vdc。这个优点使得半桥变换器拓扑在网压为220V的欧洲市场设备中得到了广泛应用。
图3.1 半桥变换器。变压器的一端通过隔直电容Cb与滤波电容C1、C2相连,另一端接在晶体管Q1、Q2的节点,功率晶体管Q1、Q2交替导通。当开关S1闭合时,电路为倍压整流器;而断开时,电路为全波整流器。整流后的输出电压约为308~336V。
首先看图3.1中的输入整流和滤波部分。当要求设备适应不同的网压(120V AC(美国)或220V AC(欧洲))时,这是一种普遍采用的方案。不管输入网压是120V AC还是220V AC,该电路整流得到的直流电压都约为320V。当输入网压为220V AC时,S1断开;为120V AC时,S1闭合。通常S1并不是实际的开关,更常见的情形是,这是一段跳线,在120V AC输入时安装,在220V AC输入时不安装。
输入为220V交流电压时,S1断开,电路为全波整流电路,滤波电容C1和C2串联。整流得到的直流电压峰值约为1.41×220-2=308V;当输入为120V交流电压时,S1闭合,电路相当于一个倍压整流器。在输入电压的正半周,A点相对于B点为正,电源通过D1给C1充电,C1电压为上正下负,峰值约为1.41×120-1=168V;在输入电
压的负半周,A点电压相对于B点为负,电源通过D2给C2充电,C2电压为上正下负,峰值也为1.41×120-1=168V,这样两个电容串联的输出为336V。从图3.1可见,当任何一个晶体管导通时,另一个关断的晶体管承受的电压只是最大直流输入电压,而并非其两倍。
因此,在电路中可以采用价格较低的双极型晶体管和场效应管,它们能承受336V的开路电压(即使考虑15%的裕量,386V也在可承受的范围之内)。这样,只需要一个普通的开关或者跳线的切换,装置就可工作于120V或220V交流电路中。
补充:有时使用自动网压检测和开关电路,该电路驱动继电器或其他器件代替S1的位置。虽然增加了成本和电路的复杂性,但方便了电气设备的终端用户,他们可能不再为如何为不同网压输入时选择转换开关的位置而困惑,也避免了将220V输入到120V配置的电路时造成设备毁坏的可能。
——T.M.
假设整流后的直流输入电压为336V,该电路工作情况如下:首先忽略小容量隔
直电容Cb,则Np的下端可近似地看作连接到C1与C2的节点。若C1、C2的容量基本相等,则该节点电压近似为整流电压的一半,约为168V。通常的做法是在C1、C2两端各并接等值放电电阻来均衡两者的电压。图3.1中的晶体管Q1、Q2轮流导通半个周期。Q1导通、Q2关断时,Np同名端(有点端)的电压为+168V,Q2承受的电压为336V;同理,Q2导通、Q1关断时,Q1承受的电压也为336V,此时Np同名端的电压为-168V。
和推挽拓扑一样,初级交流方波电压使所有次级感应全波式方波电压,因此这种半桥电路的次级电压、导线规格、输出电感和电容的选择都与推挽式电路相同。