推挽式開關(guān)電源推挽電路仿真及解析

推挽式電路是什么

推挽式電路是一種放大電路，它按功放輸出級(jí)放大元件的數(shù)量，可以分為單端放大器和推挽放大器。

單端放大器的輸出級(jí)由一只放大元件(或多只元件但并聯(lián)成一組)完成對信號(hào)正負(fù)兩個(gè)半周的放大。單端放大機(jī)器只能采取甲類工作狀態(tài)。

推挽放大器的輸出級(jí)有兩個(gè)“臂”(兩組放大元件)，一個(gè)“臂”的電流增加時(shí)，另一個(gè)“臂”的電流則減小，二者的狀態(tài)輪流轉(zhuǎn)換。對負(fù)載而言，好象是一個(gè)“臂”在推，一個(gè)“臂”在拉，共同完成電流輸出任務(wù)。盡管甲類放大器可以采用推挽式放大，但更常見的是用推挽放大構(gòu)成乙類或甲乙類放大器。

推挽式開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)

①電壓輸出特性很好

由于它的兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，并且它是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的DC/AC逆變器，或DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中。

②是一個(gè)輸出電壓特性非常好的開關(guān)電源

它經(jīng)橋式整流或全波整流后，其輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數(shù)Sv和電流脈動(dòng)系數(shù)Si都很小，因此只需要一個(gè)很小值的儲(chǔ)能濾波電容或儲(chǔ)能濾波電感，就可以得到一個(gè)電壓紋波和電流紋波都很小的輸出電壓。

③開關(guān)電源的工作效率很高

它的變壓器屬于雙極性磁極化，磁感應(yīng)變化范圍是單極性磁極化的兩倍多，并且變壓器鐵心不需要留氣隙，因此，它的變壓器鐵心的導(dǎo)磁率比單極性磁極化的正激或反式開關(guān)電源變壓器鐵心的導(dǎo)磁率高很多倍;這樣變壓器初、次級(jí)的線圈匝數(shù)可比單極性磁極化變壓器初、次級(jí)的線圈匝數(shù)少一倍以上，漏感以及銅阻損耗都比單極性磁極化變壓器小很多。

④驅(qū)動(dòng)電路簡單

它的兩個(gè)開關(guān)器件有一個(gè)公共接地端，相對于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動(dòng)電路要簡單很多，這也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

下面了解下半橋式以及全橋式開關(guān)電源與推挽式開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)

半橋式以及全橋式開關(guān)電源

它們都有一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是當(dāng)兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時(shí)候，兩個(gè)開關(guān)器件會(huì)同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)半導(dǎo)通區(qū)，即兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)處于接通狀態(tài);這是因?yàn)殚_關(guān)器件在開始導(dǎo)通的時(shí)候，相當(dāng)于對電容充電，它從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài)需要一個(gè)過渡過程;而開關(guān)器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，相當(dāng)于對電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個(gè)過渡過程;當(dāng)兩個(gè)開關(guān)器件分別處于導(dǎo)通和截止的過渡期間，就會(huì)同時(shí)出現(xiàn)半導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)接通，會(huì)對電源電壓產(chǎn)生短路，在兩個(gè)控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個(gè)電流并沒有通過變壓器負(fù)載。因此，在兩個(gè)控制開關(guān)K1和K2分別處于導(dǎo)通和截止的過渡期間，兩個(gè)開關(guān)器件將會(huì)產(chǎn)生很大的功率損耗。

推挽式開關(guān)電源

它不會(huì)存在這種損耗。因?yàn)?，?dāng)控制開關(guān)K1將要關(guān)斷的時(shí)候，開關(guān)變壓器的兩個(gè)初級(jí)線圈N1繞組和N2繞組都會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢，而N2繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢正好與輸入電流的方向相反;此時(shí)，即使是K2開關(guān)器件處于半導(dǎo)通或全導(dǎo)通狀態(tài)，在短時(shí)間內(nèi)，在K2組成的電路中都不會(huì)出現(xiàn)很大的工作電流，并且在電路中，兩個(gè)控制開關(guān)也不存在直接串通的回路;因此不會(huì)像半橋式，以及全橋式開關(guān)電源那樣出現(xiàn)兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)串通的可能性，這也是推挽式開關(guān)電源的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

推挽式開關(guān)電源的主要缺點(diǎn)

它的兩個(gè)開關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓的兩倍，因此在220V交流供電設(shè)備中很少使用。另外，直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍比反激式開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍小很多，并且需要一個(gè)儲(chǔ)能濾波電感;因此不宜用于要求負(fù)載電壓變化范圍太大的場合，特別是負(fù)載很輕或經(jīng)常開路的場合。

它的變壓器有兩組初級(jí)線圈，對于小功率輸出是個(gè)缺點(diǎn)，對于大功率輸出是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇蠊β首儔浩鞯木€圈繞組一般都用多股線來繞制，因此兩組初級(jí)線圈與用雙股線繞制沒有根本區(qū)別，并且兩個(gè)線圈與單個(gè)線圈相比可以降低一半電流密度。

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推挽式開關(guān)電源的9個(gè)優(yōu)缺點(diǎn)

1推挽式開關(guān)電源變壓器的漏感以及銅阻損耗都比單極性磁化極變壓器小很多，開關(guān)電源的工作效率跟高。

推挽式開關(guān)電源的變壓器屬于雙極性磁化極，磁感應(yīng)變壓范圍是單極性磁化極的兩倍多，并且變壓器鐵芯不需要?dú)庀?，因此，推挽式開關(guān)電源變壓器鐵芯的磁導(dǎo) 率比單極性磁化極的正激或反激開關(guān)電源的變壓器鐵芯的磁導(dǎo)率高很多倍，這樣推挽式開關(guān)電源變壓器的初級(jí)、次級(jí)的線圈的匝數(shù)可比單極性磁化極變壓器初級(jí)、次 級(jí)的線圈的匝數(shù)少一倍以上。所以，推挽式開關(guān)電源變壓器的漏感以及銅阻損耗都比單極性磁化極變壓器小很多，所以開關(guān)電源的工作效率跟高。

2推挽式、半橋式、全橋式轉(zhuǎn)換器屬于直流-交流-直流轉(zhuǎn)換器。由于直流-交流轉(zhuǎn)換器提高了工作頻率，所以，變壓器和輸出濾波器的體積和重量都可以減小。

3推挽式開關(guān)電源的變壓器有兩組初級(jí)線圈，對于小功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)缺點(diǎn)，對于大功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇蠊β首儔浩鞯木€ 圈一般都是多股線來繞制的，因此，推挽式開關(guān)電源的變壓器的兩組初級(jí)線圈與用多股線繞制根本沒有區(qū)別，并且兩個(gè)線圈與單個(gè)線圈相比可以減低一半電流密度。

4推挽式開關(guān)電源輸出電流瞬態(tài)響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源。

由于推挽式開關(guān)電源中的兩個(gè)控制開關(guān)輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率的輸出，因此，其輸出電流瞬 態(tài)響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源。它在輸入電壓很低的情況下，仍然能維持很大的輸出功率，所 以推挽式開關(guān)電源被廣泛的應(yīng)用于低輸入電壓的DC/AC逆變器，活DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中。

5推挽式開關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路簡單。

推挽式開關(guān)電源的兩個(gè)開關(guān)器件有一個(gè)公共接地端，相對于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動(dòng)電路簡單的多。

6推挽式轉(zhuǎn)換器可以看作兩個(gè)正激式轉(zhuǎn)換器的組合，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，這兩的正激式轉(zhuǎn)換器交替的工作。若兩個(gè)正激式變換器不完全對稱或平衡時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)直流偏磁的現(xiàn)象，經(jīng)過幾個(gè)周期累計(jì)的偏磁，會(huì)使磁芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，并導(dǎo)致高頻變壓器的勵(lì)磁電流過大，甚至損壞開關(guān)管。

7推挽式開關(guān)電源的主要缺點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)器件需要很高的耐壓值。

推挽式開關(guān)電源的主要缺點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓的兩倍。因此，推挽式開關(guān)電源在220V交流供電設(shè)備中很少使用。另外，直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源 輸出電壓的調(diào)整范圍比反激式開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍小很多，并需要一個(gè)儲(chǔ)能濾波電感，因此，推挽式開關(guān)電源不宜用于要求負(fù)載電壓變化范圍太大的場合，特別是負(fù)載很輕或是經(jīng)常開路的場合。

8推挽式開關(guān)電源不會(huì)像半橋、全橋式開關(guān)電源那樣出現(xiàn)兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)串通的可能性。

9推挽式開關(guān)電源是一個(gè)輸出電壓特性很好的開關(guān)電源。

推挽式開關(guān)電源經(jīng)橋式整流或全波整流后，其輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)和電流脈動(dòng)系數(shù)都很小，因此，需要一個(gè)很小值的儲(chǔ)能濾波電容或儲(chǔ)能濾波電感就可以得到一個(gè)電壓紋波和電流紋波很小的輸出電壓。因此，推挽式開關(guān)電源是一個(gè)輸出電壓特性很好的開關(guān)電源。