所謂雙激式變壓器開關(guān)電源，就是指在一個(gè)工作周期之內(nèi)，變壓器的初級(jí)線圈分別被直流電壓正、反激勵(lì)兩次。與單激式變壓器開關(guān)電源不同，雙激式變壓器開關(guān)電源一般在整個(gè)工作周期之內(nèi)，都向負(fù)載提供功率輸出。雙激式變壓器開關(guān)電源輸出功率一般都很大，因此，雙激式變壓器開關(guān)電源在一些中、大型電子設(shè)備中應(yīng)用很廣泛。這種大功率雙激式變壓器開關(guān)電源最大輸出功率可以達(dá)300 瓦以上，甚至可以超過1000 瓦。

推挽式、半橋式、全橋式等變壓器開關(guān)電源都屬于雙激式變壓器開關(guān)電源。本次先就其中的推挽式變壓器開關(guān)電源進(jìn)行講解。

推挽式變壓器開關(guān)電源的工作原理

在雙激式變壓器開關(guān)電源中，推挽式變壓器開關(guān)電源是最常用的開關(guān)電源。由于推挽式變壓器開關(guān)電源中的兩個(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(duì)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，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性也很好。

推挽式變壓器開關(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，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于DC/AC 逆變器，或DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路中。

1．交流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源

一般的DC/AC 逆變器，如交流不間斷電源（簡(jiǎn)稱UPS），大多數(shù)都是采用推挽式變壓器開關(guān)電源電路。這種DC/AC 逆變器工作頻率很高，所以體積可以做得非常?。挥捎谶@個(gè)特點(diǎn)，推挽式變壓器開關(guān)電源也經(jīng)常用于AC/AC 轉(zhuǎn)換電路中，以減小電源變壓器的體積。 圖 1-27 是交流輸出純電阻負(fù)載推挽式變壓器開關(guān)電源的簡(jiǎn)單原理圖。圖中，K1、K2 是兩個(gè)控制開關(guān)，它們工作的時(shí)候，一個(gè)接通，另一個(gè)關(guān)斷，兩個(gè)開關(guān)輪流接通和關(guān)斷，互相交替工作；T為開關(guān)變壓器，N1、N2 為變壓器的初級(jí)線圈，N3 為變壓器的次級(jí)線圈；Ui 為直流輸入電壓，R為負(fù)載電阻；uo 為輸出電壓，io 為流過負(fù)載的電流。
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圖 1-27 中，當(dāng)控制開關(guān)K1 接通時(shí)，電源電壓Ui 通過控制開關(guān)K1 被加到變壓器初級(jí)線圈N1繞組的兩端，通過電磁感應(yīng)的作用在變壓器次級(jí)線圈N3 繞組的兩端也會(huì)輸出一個(gè)與N1 繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載R 的兩端，使開關(guān)電源輸出一個(gè)正半周電壓。當(dāng)控制開關(guān)K1 由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，控制開關(guān)K2 則由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通，此時(shí)電源電壓Ui 被加到變壓器初級(jí)線圈N2 繞組的兩端，通過互感在變壓器次級(jí)線圈N3 繞組的兩端也輸出一個(gè)與N2 繞組輸入電壓成正比的電壓uo，并加到負(fù)載R 的兩端，使開關(guān)電源輸出一個(gè)負(fù)半周電壓。

由于電源電壓Ui 加到變壓器初級(jí)線圈N1 繞組和N2 兩端產(chǎn)生磁通的方向正好相反，所以在負(fù)載上可得到一個(gè)與線圈N1、N2 繞組所加電壓對(duì)應(yīng)的正、負(fù)極性電壓uo。正半周對(duì)應(yīng)的是K1 接通時(shí)，N1 繞組與N3 繞組互相感應(yīng)的輸出電壓；負(fù)半周對(duì)應(yīng)的是K2 接通時(shí)，N2 繞組與N3 繞組互相感應(yīng)的輸出電壓。

下面我們進(jìn)一步詳細(xì)分析推挽式變壓器開關(guān)電源的工作原理。

圖 1-27 中，當(dāng)控制開關(guān)K1 接通時(shí)，輸入電源Ui 開始對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組加電，電流從變壓器初級(jí)線圈N1 繞組的兩端經(jīng)過，通過電磁感應(yīng)會(huì)在變壓器的鐵心中產(chǎn)生磁場(chǎng)，并產(chǎn)生磁力線；同時(shí)，在初級(jí)線圈N1 繞組的兩端要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)e1，在次級(jí)線圈N3 繞組的兩端也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e3；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e3 作用于負(fù)載R 的兩端，從而產(chǎn)生負(fù)載電流。因此，在初、次級(jí)電流的共同作用下，在變壓器的鐵心中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由流過變壓器初、次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的大小可用磁力線通量（簡(jiǎn)稱磁通量），即磁力線的數(shù)目φ來表示。

如果用φ1 來表示變壓器初級(jí)線圈N1 繞組電流產(chǎn)生的磁通量，用φ3 來表示變壓器次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通量，由于變壓器初、次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向總是相反，則在控制開關(guān)K1 接通期間，由流過變壓器初、次級(jí)線圈電流在變壓器鐵心中產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的總磁通量φ為：


其中變壓器初級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通φ1 還可以分成兩個(gè)部分，一部分用來抵消變壓器次級(jí)線圈電流產(chǎn)生的磁通φ3，記為φ10，另一部分是由勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通，記為Δφ1。顯然φ10 =－φ3，Δφ1 = φ?。即：變壓器鐵心中產(chǎn)生的磁通量φ，只與流過變壓器初級(jí)線圈中的勵(lì)磁電流有關(guān)，與流過變壓器次級(jí)線圈中的電流無關(guān)；流過變壓器次級(jí)線圈中的電流產(chǎn)生的磁通，完全被流過變壓器初級(jí)線圈中的另一部分電流產(chǎn)生的磁通抵消。

根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以對(duì)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組回路列出方程：


上式中，（Up）為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組正激輸出電壓的幅值，用括弧匡住來表示。由于流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組的勵(lì)磁電流是線性變化的，所以我們可認(rèn)為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組正激輸出電壓是一個(gè)方波。方波的幅值Up 與半波平均值Upa 以及有效值Uo 三者完全相等。
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根據(jù)（1-126）和（1-127）可以求得：


（1-128）式就是推挽式變壓器開關(guān)電源正激輸出時(shí)的電壓關(guān)系式。上式中，（Up）為開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組正激輸出電壓的幅值，Ui 為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組的輸入電壓；n 為變壓比，即：開關(guān)變壓器次級(jí)線圈輸出電壓與初級(jí)線圈輸入電壓之比，n 也可以看成是開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組與初級(jí)線圈N1 繞組的匝數(shù)比，即：n =N3/N1。

由此可知，在控制開關(guān)K1 接通期間，推挽式變壓器開關(guān)變壓器次級(jí)正激輸出電壓的幅值只與輸入電壓和變壓器的次/初級(jí)變壓比有關(guān)。

同理我們也可以求得，當(dāng)控制開關(guān)K2 接通時(shí)，開關(guān)變壓器N3 線圈繞組正激輸出電壓的幅值（Up-）為：


上式中的負(fù)號(hào)表示e3 的符號(hào)與（1-128）式中的符號(hào)相反，（Up-）表示與（Up）的極性相反。

這里還需指出，（1-128）式和（1-129）式列出的計(jì)算結(jié)果，并沒有考慮控制開關(guān)K1 或K2 關(guān)斷瞬間，勵(lì)磁電流存儲(chǔ)的能量也會(huì)通過變壓器的次級(jí)線圈N3 繞組產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)（反激式輸出）的影響，即：推挽式變壓器開關(guān)電源同時(shí)存在正、反激電壓輸出。

反激式電壓產(chǎn)生的原因是因?yàn)镵1 或K2 接通瞬間變壓器初級(jí)或次級(jí)線圈中的電流初始值不等于零，或磁通的初始值不等于零。即：推挽式變壓器開關(guān)電源中反激式電壓的產(chǎn)生是由變壓器勵(lì)磁電流存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生的。

實(shí)際上，推挽式變壓器開關(guān)電源的反激式輸出電壓也是不能忽略的。推挽式變壓器開關(guān)變壓器次級(jí)線圈的輸出電壓應(yīng)該同時(shí)包括兩部分，正激輸出電壓和反激輸出電壓。不過，在推挽式變壓器開關(guān)電源中，輸出功率主要還是以正激式輸出功率為主，因?yàn)椋儔浩鞯膭?lì)磁電流很小，一般只有正常工作電流的幾分之一，到十分之一。

因此，圖1-27 中，當(dāng)控制開關(guān)K1 關(guān)斷，K2 接通瞬間，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈輸出電壓應(yīng)該等于正激電壓（由（1-128）和（1-129）式給出）與反激電壓（由（1-67）或（1-68）式給出）之和。

關(guān)于純電阻負(fù)載反激式輸出電壓的計(jì)算，請(qǐng)參考前面《1-5-1．單激式變壓器開關(guān)電源的工作原理》章節(jié)中的相關(guān)內(nèi)容分析，這里不再贅述。
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根據(jù)（1-67）式

可求得，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組產(chǎn)生的反激式輸出電壓為：


上式中，[uo] 表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出的反激式電壓，[i3] 表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出反激式電壓對(duì)負(fù)載R 產(chǎn)生的電流。括弧中的第一項(xiàng)表示變壓器次級(jí)線圈回路中的電流，第二項(xiàng)表示變壓器初級(jí)線圈回路中勵(lì)磁電流被折算到變壓器次級(jí)線圈回路的電流。

另外根據(jù)（1-129）式求得的結(jié)果，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組產(chǎn)生的正激式輸出電壓為：


上面兩式中，[uo]表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出的反激式電壓，（uo）表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組產(chǎn)生的正激式輸出電壓。

因此，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈輸出電壓uo 等于正激電壓（uo）與反激電壓[uo]之和，即：

上式是推挽式變壓器開關(guān)電源在負(fù)載為純電阻時(shí)，輸出電壓uo 的表達(dá)式。由（1-132）式可以看出，當(dāng)t = 0 時(shí)，即：控制開關(guān)K1 關(guān)斷瞬間，輸出電壓為最大值：


從（1-133）式可以看出，在控制開關(guān)K1 關(guān)斷瞬間，當(dāng)變壓器次級(jí)線圈回路負(fù)載開路，或負(fù)載很輕的時(shí)候，變壓器次級(jí)線圈回路會(huì)產(chǎn)生非常高的反電動(dòng)勢(shì)。

但在實(shí)際應(yīng)用中，并不完全是這樣。因?yàn)椋?dāng)控制開關(guān)K1 關(guān)斷瞬間，控制開關(guān)K2 也會(huì)同時(shí)接通，此時(shí)開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2 繞組也同時(shí)被接入電路中，N2 線圈繞組對(duì)于開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組來說，它也相當(dāng)于一個(gè)變壓器次級(jí)線圈，它也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與輸入電壓Ui 的方向正好相反；因此，在控制開關(guān)K2 接通瞬間，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組存儲(chǔ)的磁能量有一部分要被N2 繞組吸收，并產(chǎn)生感應(yīng)電流對(duì)輸入電壓Ui 充電。
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（1-132）式和（1-133）式并沒有完全考慮，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組和N2 繞組被互相看成是一個(gè)變壓器次級(jí)繞組時(shí)，所產(chǎn)生的影響。顯然變壓器次級(jí)線圈回路產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)的高低還與控制開關(guān)K1 和K2 交替接入的時(shí)間差有關(guān)，與K1 和K2 的接入電阻的大小還有關(guān)。一般電子開關(guān)，如晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管，剛開始導(dǎo)通的時(shí)候也不能簡(jiǎn)單地看成是一個(gè)開關(guān)，它從截止到導(dǎo)通，或從導(dǎo)通到截止，都需要一個(gè)過渡過程，因此，它也會(huì)存在一定的開關(guān)損耗。

當(dāng) N1 和N2 被互相看成是一個(gè)變壓器次級(jí)繞組時(shí)，由于N1 線圈繞組存儲(chǔ)的磁能會(huì)同時(shí)在N1、N2、N3 等線圈繞組兩端產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，同理，N2 線圈繞組存儲(chǔ)的磁能會(huì)同時(shí)在N1、N2、N3 等線圈繞組兩端產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

而 N1 或N2 線圈繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的電流方向正好與輸入電流的方向相反，因此，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組互相感應(yīng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，會(huì)對(duì)輸入電壓Ui 進(jìn)行反充電；即：開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組互相感應(yīng)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)被Ui 進(jìn)行限幅，這相當(dāng)于變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出電壓uo 也要通過變壓比被Ui 進(jìn)行限幅。

因此，變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出電壓uo 中的反激式輸出電壓[uo]，并不會(huì)像（1-132）和（1-133）算式所表達(dá)的結(jié)果那么高。

另外，根據(jù)（1-75）式：


還可以知到，當(dāng)控制開關(guān)K1 和K2 的占空比均等于0.5 時(shí)，變壓器正激輸出電壓的半波平均值Upa 與反激輸出的半波平均值Upa-基本相等。因此，只有在控制開關(guān)K2 接通與控制開關(guān)K1 斷開兩者之間存在時(shí)間差時(shí)，變壓器次級(jí)線圈回路才會(huì)產(chǎn)生非常高的反電動(dòng)勢(shì)；但當(dāng)控制開關(guān)K1 和K2的占空比均小于0.5 時(shí)，雖然反電動(dòng)勢(shì)的幅度比較高，但由（1-75）式可知，反電動(dòng)勢(shì)（反激輸出電壓）的半波平均值還是小于正激電壓的半波平均值。

所以，（1-132）和（1-133）式所表示的結(jié)果，可看成是推挽式變壓器開關(guān)電源在輸出電壓中含有毛刺（輸出噪音）的表達(dá)式。

根據(jù)上面分析，在一般情況下，推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要還是由（1-128）、（1-129）、（1-131）等式來決定。即：推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要由開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出的正激電壓來決定。

圖 1-28 是圖1-27 推挽式變壓器開關(guān)電源，在負(fù)載為純電阻，且兩個(gè)控制開關(guān)K1 和K2 的占空比D 均等于0.5 時(shí)，變壓器初、次級(jí)線圈各繞組的電壓、電流波形。

圖 1-28-a）和圖1-28-b）分別表示控制開關(guān)K1 接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組兩端的電壓波形，和流過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組兩端的電流波形；圖1-28-c）和圖1-28-d）分別表示控制開關(guān)K2 接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2 繞組兩端的電壓波形，和流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2繞組兩端的電流波形；圖1-28-e）和圖1-28-f）分別表示控制開關(guān)K1 和K2 輪流接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓uo 的波形，和流過開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端的電流波形。
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從圖1-28-b）和圖1-28-d）中我們可以看出，當(dāng)控制開關(guān)K1 或K2 接通瞬間，流過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組的電流，其初始值并不等于0，而是產(chǎn)生一個(gè)電流突跳，這是因?yàn)樽儔浩鞔渭?jí)線圈N3 繞組中有電流流過的原因。

當(dāng)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組有負(fù)載電流流過時(shí)，其產(chǎn)生的磁通方向正好與流過變壓器次級(jí)線圈N1 或N2 繞組勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁通方向相反，因此，流過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組的電流也要在原來勵(lì)磁電流的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)電流，來抵消流過變壓器次級(jí)線圈N3 繞組電流的影響。

增加電流的大小等于流過變壓器次級(jí)線圈N3 繞組電流的n 倍，n 為變壓器次級(jí)線圈N3 繞組與初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組的匝數(shù)比。

從圖1-28-f）中我們可以看出，流過開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端的電流波形是個(gè)矩形波，而不是三角波。這是因?yàn)橥仆焓阶儔浩鏖_關(guān)電源同時(shí)存在正、反激電壓輸出的緣故。當(dāng)變壓器同時(shí)存在正、反激電壓輸出時(shí)，反激式輸出的電流是由最大值開始，然后逐漸減小到最小值，如圖中虛線箭頭所示；而正激式輸出的電流則是由最小值開始，然后逐漸增加到最大值，如圖中實(shí)線箭頭所示；因此，兩者同時(shí)作用的結(jié)果，正好輸出一個(gè)矩形波。

從圖1-28-e）還可以看出，輸出電壓uo 由兩個(gè)部分組成，一部分為輸入電壓Ui 通過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 感應(yīng)到次級(jí)線圈N3 繞組的正激式輸出電壓（uo），這個(gè)電壓的幅度比較穩(wěn)定，一般不會(huì)隨著時(shí)間變化而變化；另一部分為勵(lì)磁電流通過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組存儲(chǔ)的磁能量產(chǎn)生的反激式輸出電壓[uo]，這個(gè)電壓會(huì)使波形產(chǎn)生反沖，其幅度是時(shí)間的指數(shù)函數(shù)，它會(huì)隨著時(shí)間增大而變變小。

這里還需指出，圖1-28-e）中的波形有上沖，在純電阻負(fù)載中是正常的，盡管N1 和N2 互相都可以把對(duì)方看成是變壓器次級(jí)繞組，并對(duì)高于輸入電壓Ui 的反電動(dòng)勢(shì)電壓進(jìn)行限幅，但因?yàn)榫€圈N1 繞組與線圈N2 繞組之間有漏感，線圈N2 繞組與線圈N3 繞組之間也有漏感，況且，控制開關(guān)在剛接通瞬間有比較大的電阻，因此，變壓器次級(jí)線圈N3 繞組瞬間反激輸出電壓高于正激輸出電壓是肯定的。不過在大多數(shù)情況下，最好還是采用半波平均值的概念來進(jìn)行電路分析或計(jì)算，以免需要進(jìn)行復(fù)雜的指數(shù)函數(shù)運(yùn)算。 [page]
當(dāng)要求推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓波形的反沖幅度很小時(shí)，可采用如圖1-29 所示的電路。
圖1-29 與圖1-27 相比，多了兩個(gè)阻尼二極管D1、D2，它們分別與控制開關(guān)K1、K2 并聯(lián)。當(dāng)控制開關(guān)K1 由接通轉(zhuǎn)換到關(guān)斷時(shí)，在N2 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，不管K2 處于什么工作狀態(tài)，接通或關(guān)斷，只要N2 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2 的幅度超過工作電壓Ui，二極管D2 就會(huì)導(dǎo)通，相當(dāng)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2 通過二極管D2 被工作電壓Ui 限幅，同時(shí)也相當(dāng)于變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出電壓uo 也要通過電磁感應(yīng)被Ui 進(jìn)行限幅，而二極管D2 對(duì)控制開關(guān)K2 的工作幾乎不受影響。

同理，當(dāng)控制開關(guān)K2 由接通轉(zhuǎn)換到關(guān)斷時(shí)，不管K1 處于什么工作狀態(tài)，只要N1 線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1 的幅度超過工作電壓Ui，二極管D1 就會(huì)導(dǎo)通，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1 就會(huì)通過二極管D1 被工作電壓Ui 限幅，這也相當(dāng)于變壓器次級(jí)線圈N3 繞組輸出電壓uo 也要通過變壓比被Ui 進(jìn)行限幅，而二極管D1 對(duì)控制開關(guān)K1 的工作幾乎不受影響。

一般人們都把D1、D2 稱為阻尼二極管，這是因?yàn)镈1、D2 沒有直接對(duì)輸出電壓uo 進(jìn)行限幅，而是通過變壓器初、次級(jí)之間的感應(yīng)作用間接進(jìn)行的。實(shí)際應(yīng)用中，一般都在開關(guān)三極管的E-C 或場(chǎng)效應(yīng)管的S-D 兩個(gè)電極內(nèi)部封裝有一個(gè)阻尼二極管，其作用就是用來對(duì)輸出電壓反沖進(jìn)行阻尼用的。阻尼二極管D1、D2 的另一個(gè)作用是防止變壓器初級(jí)線圈N1 繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1 對(duì)控制開關(guān)K1、K2 反向擊穿。

2．整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源

整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，由于兩個(gè)開關(guān)管輪流交替工作，相當(dāng)于兩個(gè)開關(guān)電源同時(shí)輸出功率，其輸出功率約等于單一開關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，推挽式變壓器開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波就可以達(dá)到非常小。

圖 1-30 是橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖，除了整流濾波電路以外，其余部分電路的工作原理基本與圖1-27 相同。橋式整流電路由D1、D2、D3、D4 組成，C 為儲(chǔ)能濾波電容，R 為負(fù)載電阻，Uo 為直流輸出電壓，Io 為流過負(fù)載電阻的電流。

圖 1-31 是全波整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源工作原理圖，同樣，除了整流濾波電路以外，其余部分電路的工作原理基本與圖1-27 和圖1-30 相同。但開關(guān)變壓器的次級(jí)需要多一個(gè)繞組，兩個(gè)繞組N31、N32 輪流輸出電壓；全波整流電路由D1、D2 組成，C 為儲(chǔ)能濾波電容，R 為負(fù)載電阻，Uo 為直流輸出電壓，Io 為流過負(fù)載電阻的電流。

圖 1-30 與圖1-31 比較，橋式整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源比全波整流輸出的推挽式變壓器開關(guān)電源多用兩個(gè)整流二極管，但全波整流輸出的開關(guān)變壓器又比橋式整流輸出的開關(guān)變壓器多一組次級(jí)線圈。因此，圖1-30 橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源比較適用于輸出電流相對(duì)較小的情況；而圖1-31 全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源比較適用于輸出電流相對(duì)較大的情況。因?yàn)?，大電流整流二極管成本高，而且損耗功率也比較大。

下面我們來詳細(xì)分析圖1-30 橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源和圖1-31 全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源的工作原理。
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由于圖1-30 橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源或圖1-31 全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源的電壓輸出電路中都接有儲(chǔ)能濾波電容，儲(chǔ)能濾波電容會(huì)對(duì)輸入脈動(dòng)電壓起到平滑的作用，因此，圖1-30 和圖1-31 中輸出電壓Uo 都不會(huì)出現(xiàn)很高幅度的電壓反沖，其輸出電壓的峰值Up 基本上就可以認(rèn)為是半波平均值Upa。其值略大于正激輸出nUi，即：橋式整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，整流濾波輸出電壓Uo 的值略大于正激輸出nUi，n 為變壓器次級(jí)線圈N3 繞組與初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組的匝數(shù)比。
因此，推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo，主要還是由（1-131）式來決定。即：推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓uo（K1 或K2 接通期間），約等于開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組產(chǎn)生的正激式輸出電壓Up 或Up-的半波平均值Upa 或Upa-：


上式中，uo 為推挽式變壓器開關(guān)電源的輸出電壓，n 為變壓器次級(jí)線圈N3 繞組與初級(jí)線圈N1繞組或N2 繞組的匝數(shù)比，Ui 為開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組的輸入電壓。
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圖 1-32 是橋式整流輸出或全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源，在兩個(gè)控制開關(guān)K1 和K2 交替接通和斷開，且占空比D 均等于0.5 時(shí)，各主要工作點(diǎn)的電壓、電流波形。

圖 1-32-a）和圖1-32-b）分別表示控制開關(guān)K1 接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組兩端的電壓u1 的波形，以及流過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組兩端的電流i1 波形；圖1-32-c）和圖1-32-d）分別表示控制開關(guān)K2 接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2 繞組兩端的電壓u2 的波形，以及流過開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2 繞組兩端的電流i2 的波形；圖1-32-e）和圖1-32-f）分別表示控制開關(guān)K1 和K2輪流接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓uo 的波形，以及流過開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端的電流波形。

圖 1-32-f）中，虛線箭頭表示反激式輸出電流是由最大值開始，然后逐漸減小到最小值；而實(shí)線箭頭表示正激式輸出電流則是由最小值開始，然后逐漸增加到最大值；因此，兩者同時(shí)作用的結(jié)果，正好輸出一個(gè)矩形波。 從圖1-32-e）可以看出，輸出電壓uo 雖然還是由兩個(gè)部分組成，一部分為輸入電壓Ui 通過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 感應(yīng)到次級(jí)線圈N3 繞組的正激式輸出電壓（uo）；另一部分為勵(lì)磁電流通過變壓器初級(jí)線圈N1 繞組或N2 繞組存儲(chǔ)的能量產(chǎn)生的反激式輸出電壓[uo]；這里反激式輸出電壓[uo]不會(huì)再使波形產(chǎn)生反沖，是因?yàn)閮?chǔ)能濾波電容會(huì)把反沖電壓吸收掉，使其成為充電流。
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由于推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的半波平均值Upa 幅值基本上是穩(wěn)定的，它不會(huì)像反激式輸出開關(guān)電源那樣，輸出電壓的幅值隨著控制開關(guān)占空比的改變而改變。因此，如果需要調(diào)整推挽式變壓器開關(guān)電源輸出電壓，只能通過改變兩個(gè)控制開關(guān)的占空比，來改變輸出電壓的平均值。因此，在輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源電路中，必須要在整流輸出電路后面加接一個(gè)LC 儲(chǔ)能濾波電路，才能從整流輸出的脈動(dòng)直流電壓中提取平均值輸出。

圖 1-33 是輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源電路。實(shí)際上圖1-33 就是在圖1-31 全波整流輸出推挽式變壓器開關(guān)電源電路的基礎(chǔ)上，在整流輸出電路后面加接了一個(gè)LC 儲(chǔ)能濾波電路。LC儲(chǔ)能濾波電路的工作原理與圖1-2 串聯(lián)式開關(guān)電源中的儲(chǔ)能濾波電路工作原理基本相同。不過，在全波整流輸出的LC 儲(chǔ)能濾波電路中可以省去一個(gè)續(xù)流二極管，因?yàn)橛糜谌ㄕ鞯膬蓚€(gè)二極管可以輪流充當(dāng)續(xù)流二極管的作用。關(guān)于LC 儲(chǔ)能濾波電路的詳細(xì)工作原理，請(qǐng)參考《1-2-2．串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓濾波電路》章節(jié)。

由于圖1-33 中兩個(gè)控制開關(guān)占空比D 的可調(diào)范圍很?。ㄐ∮?.5），并且在一個(gè)周期內(nèi)兩個(gè)控制開關(guān)均需要接通和關(guān)斷一次，因此，輸出電壓的可調(diào)范圍相對(duì)來說要比單激式開關(guān)電源輸出電壓的可調(diào)范圍小很多；但雙激式開關(guān)電源比單激式開關(guān)電源，具有輸出功率大、電壓紋波小、電壓輸出特性好等優(yōu)點(diǎn)。
圖 1-34 是輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源各主要工作點(diǎn)的電壓、電流波形。
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圖 1-34-a）表示控制開關(guān)K1 接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N1 繞組兩端的電壓波形；圖1-34-b）表示控制開關(guān)K2 接通時(shí)，開關(guān)變壓器初級(jí)線圈N2 繞組兩端的電壓波形；圖1-34-c）表示控制開關(guān)K1 和K2 輪流接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓uo 的波形。圖1-34-d）表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓經(jīng)全波整流后的電壓波形。

圖 1-34-c）中，Up、Up-分別表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓uo 的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值），[Up]、[Up-]分別表示開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端反激輸出電壓的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值）。

這里還需再次說明，實(shí)際上反激輸出電壓[Up]和[Up-]的脈沖幅度都很高，只不過它的能量很小，即寬度很窄，其幅度被限幅和平均以后就變得很低了。在整流輸出電路中，反激輸出電壓[Up]、[Up-]的幅度一般都不會(huì)高于Up、Up-的幅度，其幅度高于Up、Up-將要被濾波電容兩端的電壓限幅，或通過變壓器兩個(gè)初級(jí)線圈的互感作用被輸入電源電壓限幅。

圖 1-34-d）中，實(shí)線波形對(duì)應(yīng)控制開關(guān)K1 接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓經(jīng)橋式或全波整流后的波形；虛線波形對(duì)應(yīng)控制開關(guān)K2 接通時(shí)，開關(guān)變壓器次級(jí)線圈N3 繞組兩端輸出電壓經(jīng)橋式或全波整流后的波形。Ua 表示整流輸出電壓的平均值。

從圖1-34-d）可以看出，僅用儲(chǔ)能電容對(duì)整流輸出電壓進(jìn)行濾波，是很難從脈動(dòng)直流中取出輸出電壓的平均值的，必須同時(shí)使用儲(chǔ)能濾波電感才能取出輸出電壓的平均值。

（未完，下期繼續(xù)...）

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