半桥电路的工作原理及应用 CP-HW开发部 贾志涛 2006.09. 10.

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1 半桥电路的工作原理及应用 CP-HW开发部 贾志涛

2 主要内容 一、半桥电路概念的引入及其工作原理 二、半桥电路中应该注意的几点问题 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
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3 一、半桥电路概念的引入及其工作原理 半桥电路的基本拓扑：
电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器T1的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时C1=C2，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。 Emerson Confidential

4 一、半桥电路概念的引入及其工作原理 电路的工作过程大致如下：
A、 Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。 B、 Q1关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态。 C、 Q1关断，Q2开通。此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。副边两个二极管完成换流。 Emerson Confidential

5 二、半桥电路中应该注意的几点问题 偏磁问题：
原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、A2（下页）的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延迟，如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使晶体管失控，甚至烧毁。 Emerson Confidential

6 二、半桥电路中应该注意的几点问题 解决办法：在变压器原边线圈中加一个串联电容C3，则与不平衡的伏秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉，这样在晶体管导通期间，就会平衡电压的伏秒值，达到消除偏磁的目的。 Emerson Confidential

7 二、半桥电路中应该注意的几点问题 用作桥臂的两个电容选用问题：
从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电容C1、C2时需要考虑电容的均压问题，尽量选用C1=C2的电容，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达到均压效果，一般情况下，还要在两个电容两端各并联一个电阻（原理图中的R1和R2）并且R1=R2进一步满足要求，此时在选择阻值和功率时需要注意降额。此时，电容C1、C2的作用就是用来自动平衡每个开关管的伏秒值，（与C3的区别：C3是滤去影响伏秒平衡的直流分量）。 Emerson Confidential

8 二、半桥电路中应该注意的几点问题 直通问题： 所谓直通，就是Q1、Q2在某一时刻同时导通的现象，此时会构成短路。 解决措施：
A、可以对驱动脉冲宽度的最大值加以限制，使导通角度不会产生直通。 B、还可以从拓扑上解决问题，才用交叉耦合封闭电路，使一管子导通时，另一管子驱动在封闭状态，直到前一个管子关断，封闭才取消，后管才有导通的可能，这种自动封锁对存储时间、参数分布有自动适应的优点，而且对占空比可以满度使用的。 Emerson Confidential

9 二、半桥电路中应该注意的几点问题 副边为全波电路 副边为全桥电路 两个电路的选择主要是考虑以下几点：
A、根据输出电压的高低，考虑管子的安全问题； B、功率损耗的问题，主要是开关管和副边绕组的损耗问题； Emerson Confidential

10 二、半桥电路中应该注意的几点问题 半桥电路的驱动问题： 1、原边线圈过负载限制：要给原边的功率管提供独立的电流限制；
2、软启动：启动时，要限制脉宽，使得脉宽在启动的最初若干个周期中慢慢上升； 3、磁的控制：控制晶体管驱动脉冲宽度相等，要使正反磁通相等，不产生偏磁； 4、防止直通：要控制占空比上限缩小； 5：电压的控制和隔离：电路要闭环控制，隔离可以是光电隔离器、变压器或磁放大器等； 6、过压保护：通常是封闭变换器的开关脉冲以进行过压保护； Emerson Confidential

11 二、半桥电路中应该注意的几点问题 7、电流限制：电流限制安装在输入或输出回路上，在发生短路时候起作用；
8、输入电压过低保护：规定只有在发挥良好性能的足够高的电压下才能启动； 9、此外，还要有合适的辅助功能：如浪涌电流限制和输出滤波环节等。 Emerson Confidential

12 二、半桥电路中应该注意的几点问题 半桥电路的驱动特点： A、上下桥臂不共地，即原边电路的开关管不共地。 B、隔离驱动。
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13 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍 半桥拓扑开关管的稳态关断电压等于输入电压，而不象推挽、单端正激那样为输入电压的两倍。所以桥式电路拓扑广泛用于直接电网的离线式变换器。而对推挽等拓扑来说，两倍的电网整流电压将超过开关管的安全耐压容限。因此，输入网压为220V或是更好的场合几乎都是使用桥式拓扑。 Emerson Confidential

14 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍 半桥电路原理图 分流器的作用，进行相应的限流保护。 Emerson Confidential

15 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍 SG3525芯片控制隔离变压器，隔离变压器在提供足够的驱动电压给半桥电路中的开关供电，从而达到控制开关管的目的。 Emerson Confidential

16 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍 在电路中既可以使用电解电容做桥臂也可以使用金膜电容做桥臂：使用金膜电容做桥臂相对电解电容有几个好处： a：可以不用考虑两个桥臂电容的分压问题。因为金膜电容电压可以做的比较高，一般对母线电压为400多伏的情况，使用两个630V的金膜电容串联，其电压降额余量相当大。 b：不用考虑安规的问题。金膜电容即使损坏，也没有电解电容漏液和爆炸的问题。 c：使用金膜电容还有一个好处是可以节省一个隔直电容。由于容量一般比较小，当两对桥臂开通时间出现不平衡时，桥臂上金膜电容的电压可以及时自动进行调整，防止变压器饱和。 Emerson Confidential

17 三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍 半桥电路与双正激电路相比,主要的优点有:
B、一般工作状态下，由于存在一个桥臂两管都截止的状态，因此当MOS管关断时，其DS电压将先上升到二分之一母排电压处，然后等另外一个管子开通时才继续上升到母排电压。因此稳态下MOS管电压尖峰相对双正激来说很小，因此MOS管不需要加吸收电路，同时对变压器的漏感要求也不是非常严格。 Emerson Confidential

18 谢谢！ Emerson Confidential