推挽式开关电源工作原理及电路图

开关模式电源又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。它可以将交流电转换成直流电，或者将直流电转换成交流电。它的主要功能是将高压交流电转换成低压直流电，或者将低压直流电转换成高压交流电。

开关电源的工作原理是将直流电输入到电路中，电路中的开关元件将直流电转换成交流电，然后将交流电输出到负载中。开关电源不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式(饱和区)及全闭模式(截止区)之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。

开关电源一般由输入部分、控制部分、转换部分和输出部分组成。输入部分由交流电源、滤波器、接地线等组成;控制部分由控制电路、变压器、可控硅等组成;转换部分由开关元件、电感元件、电容元件等组成;输出部分由负载、稳压电路等组成。

推挽式开关电源工作原理及电路图

整流输出推挽式变压器开关电源，由于两个开关管轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。因此，推挽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，仅需要很小的滤波电感和电容，其输出电压纹波就可以达到非常小。

图1-30是桥式整流输出推挽式变压器开关电源工作原理图，除了整流滤波电路以外，其余部分电路的工作原理基本与图1-27相同。桥式整流电路由D1、D2、D3、D4组成，C为储能滤波电容，R为负载电阻，Uo为直流输出电压，Io为流过负载电阻的电流。

推挽式开关电源工作原理及电路图

图1-31是全波整流输出的推挽式变压器开关电源工作原理图，同样，除了整流滤波电路以外，其余部分电路的工作原理基本与图1-27和图1-30相同。但开关变压器的次级需要多一个绕组，两个绕组N31、N32轮流输出电压;全波整流电路由D1、D2组成，C为储能滤波电容，R为负载电阻，Uo为直流输出电压，Io为流过负载电阻的电流。

推挽式开关电源工作原理及电路图

图1-30与图1-31比较，桥式整流输出的推挽式变压器开关电源比全波整流输出的推挽式变压器开关电源多用两个整流二极管，但全波整流输出的开关变压器又比桥式整流输出的开关变压器多一组次级线圈。因此，图1-30桥式整流输出推挽式变压器开关电源比较适用于输出电流相对较小的情况;而图1-31全波整流输出推挽式变压器开关电源比较适用于输出电流相对较大的情况。因为，大电流整流二极管成本高，而且损耗功率也比较大。

下面我们来详细分析图1-30桥式整流输出推挽式变压器开关电源和图1-31全波整流输出推挽式变压器开关电源的工作原理。

由于图1-30桥式整流输出推挽式变压器开关电源或图1-31全波整流输出推挽式变压器开关电源的电压输出电路中都接有储能滤波电容，储能滤波电容会对输入脉动电压起到平滑的作用，因此，图1-30和图1-31中输出电压Uo都不会出现很高幅度的电压反冲，其输出电压的峰值Up基本上就可以认为是半波平均值Upa。其值略大于正激输出nUi，即：桥式整流输出推挽式变压器开关电源或全波整流输出推挽式变压器开关电源，整流滤波输出电压Uo的值略大于正激输出nUi，n为变压器次级线圈N3绕组与初级线圈N1绕组或N2绕组的匝数比。

因此，推挽式变压器开关电源的输出电压uo，主要还是由(1-131)式来决定。即：推挽式变压器开关电源的输出电压uo(K1或K2接通期间)，约等于开关变压器次级线圈N3绕组产生的正激式输出电压Up或Up-的半波平均值Upa或Upa-：

uo = Upa = nUi —— K1接通期间 (1-134)

或uo = Upa- =-nUi —— K2接通期间 (1-135)

上式中，uo为推

挽式变压

器开关电源的输出电压，n为变压器次级线圈N3绕组与初级线圈N1绕组或N2绕组的匝数比，Ui为开关变压器初级线圈N1绕组或N2绕组的输入电压。

图1-32是桥式整流输出或全波整流输出推挽式变压器开关电源，在两个控制开关K1和K2交替接通和断开，且占空比D均等于0.5时，各主要工作点的电压、电流波形。

图1-32-a)和图1-32-b)分别表示控制开关K1接通时，开关变压器初级线圈N1绕组两端的电压u1的波形，以及流过变压器初级线圈N1绕组两端的电流i1波形;图1-32-c)和图1-32-d)分别表示控制开关K2接通时，开关变压器初级线圈N2绕组两端的电压u2的波形，以及流过开关变压器初级线圈N2绕组两端的电流i2的波形;图1-32-e)和图1-32-f)分别表示控制开关K1和K2轮流接通时，开关变压器次级线圈N3绕组两端输出电压uo的波形，以及流过开关变压器次级线圈N3绕组两端的电流波形。

图1-32-f)中，虚线箭头表示反激式输出电流是由最大值开始，然后逐渐减小到最小值;而实线箭头表示正激式输出电流则是由最小值开始，然后逐渐增加到最大值;因此，两者同时作用的结果，正好输出一个矩形波。

推挽式开关电源工作原理及电路图

推挽式开关电源工作原理及电路图

从图1-32-e)可以看出，输出电压uo虽然还是由两个部分组成，一部分为输入电压Ui通过变压器初级线圈N1绕组或N2感应到次级线圈N3绕组的正激式输出电压(uo);另一部分为励磁电流通过变压器初级线圈N1绕组或N2绕组存储的能量产生的反激式输出电压[uo];这里反激式输出电压[uo]不会再使波形产生反冲，是因为储能滤波电容会把反冲电压吸收掉，使其成为充电流。

由于推挽式变压器开关电源输出电压的半波平均值Upa幅值基本上是稳定的，它不会像反激式输出开关电源那样，输出电压的幅值随着控制开关占空比的改变而改变。因此，如果需要调整推挽式变压器开关电源输出电压，只能通过改变两个控制开关的占空比，来改变输出电压的平均值。因此，在输出电压可调的推挽式变压器开关电源电路中，必须要在整流输出电路后面加接一个LC储能滤波电路，才能从整流输出的脉动直流电压中提取平均值输出。

推挽式开关电源的典型电路如下图所示。它是一种双端转换电路，高频变压器的磁芯在磁滞回路的两侧工作。该电路使用两个开关管VT1和VT2。两个开关管在外部激励方波信号的控制下交替打开和关闭。方波电压在变压器T的次级组中获得，经整流并滤波到所需的直流电压中。

该电路的优点是两个开关管易于驱动，主要缺点是开关管的耐压必须达到电路峰值电压的两倍。电路的输出功率比较大，一般在100-500W的范围内。