整流輸出全橋式變壓器開關電源原理

圖1-48是全波整流輸出全橋式變壓器開關電源工作原理圖；圖1-49是輸出電壓可調的全橋式變壓器開關電源工作原理圖。

整流輸出全橋式變壓器開關電源的工作原理與整流輸出推挽式變壓器開關電源以及整流輸出半橋式變壓器開關電源的工作原理是非常接近的，隻是變壓器的激勵方式與工作電源的接入方式有點不同。關于圖1-48和圖1-49等開關電源的詳細工作原理，以及變壓器、儲能濾波原器件參數的計算，請自己參考前面有關章節内容的分析，這裡不再準備贅述。

1-8-3-3．全橋式開關電源儲能濾波電感、電容參數的計算

全橋式開關電源儲能濾波電感、電容參數的計算主要是針對如圖1-49輸出電壓可調的全橋式變壓器開關電源中的儲能濾波電感、電容參數選擇進行計算。實際上，圖1-49輸出電壓可調的全橋式變壓器開關電源中的儲能濾波電感、電容參數選擇方法，與圖1-33輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源的儲能濾波電感、電容參數選擇方法是基本相同的，因此，這裡隻列出計算儲能濾波電感、電容參數的公式，對于詳細分析請參考《1-8-1-3．推挽式變壓器開關電源儲能濾波電感、電容參數的計算》章節的内容。

A）全橋式開關電源儲能濾波電感參數的計算

根據前面分析，以及由圖1-35可以看出，輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源的兩個控制開關K1、K2的占空比必須小于0.5，開關電源電源才能正常工作；當要求輸出電壓可調範圍為最大時，占空比最好取值為0.25。此分析結果對于全橋式開關電源同樣有效。

當兩個控制開關K1、K2的占空比取值均為0.25時，輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源中的儲能濾波電感L以及輸出電壓Uo的計算由（1-144）和（1-145）式決定，即：

L ≥nUiT/12Io =nUi/12FIo —— D為0.25時 （1-144）

Uo =2nUi/3 —— D為0.25時 （1-145）

上面（1-144）和（1-145）式既是計算輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源儲能濾波電感和濾波輸出電壓的表達式（D為0.25時），也是計算輸出電壓可調的全橋式變壓器開關電源儲能濾波電感和濾波輸出電壓的表達式（D為0.25時）。式中：Ui為全橋式變壓器開關電源輸入電壓，Uo為全橋式變壓器開關電源的輸出電壓，T為控制開關的工作周期，F為控制開關的工作頻率，n為開關電源次級線圈N2繞組與初級線圈N1繞組的匝數比。

上面（1-144）和（1-145）式的計算結果，隻給出了計算輸出電壓可調的全橋式變壓器開關電源儲能濾波電感L的中間值，或平均值，對于極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大于1的系數。

B）全橋式開關電源儲能濾波電容參數的計算

根據前面分析，以及由圖1-35可以看出，當兩個控制開關K1、K2的占空比取值均為0.25時，輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源中的儲能濾波電容C參數的計算由（1-149）式決定，即：

C >Io*T/ 8ΔUP-P —— D為0.25時 （1-149）

（1-149）式中：Io是流過負載的電流，T為控制開關K1和K2的工作周期，ΔUP-P為輸出電壓的波紋電壓。波紋電壓ΔUP-P一般都取峰-峰值，所以波紋電壓正好等于電容器充電或放電時的電壓增量，即：ΔUP-P = 2ΔUc 。

（1-149）式，雖然是計算輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源儲能濾波電容的公式（D = 0.25時），但對于輸出電壓可調的全橋式變壓器開關電源中的儲能濾波電容的計算同樣有效。

同理，（1-149）式的計算結果，隻給出了計算全橋式變壓器開關電源儲能濾波電容C的中間值，或平均值，即控制開關工作于占空比D為0.25時的情況，對于極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大于1的系數。

1-8-3-4．全橋式開關電源變壓器參數的計算

全橋式變壓器開關電源的工作原理與推挽式變壓器開關電源的工作原理是非常接近的，隻是變壓器的激勵方式與工作電源的接入方式有點不同；因此，用于計算推挽式變壓器開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數的數學表達式，同樣可以用于全橋式變壓器開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數的計算。

A）全式開關電源變壓器初級線圈匝數的計算

全橋式變壓器開關電源與推挽式開關電源一樣，也屬于雙激式開關電源，因此用于全橋式開關電源的變壓器鐵心的磁感應強度B，可從負的最大值-Bm，變化到正的最大值+Bm，并且變壓器鐵心可以不用留氣隙。全橋式開關電源變壓器的計算方法與前面推挽式開關電源變壓器的計算方法基本相同，根據推挽式開關電源變壓器初級線圈匝數計算公式（1-150）和（1-151）式：

上面（1-150）和（1-151）式，雖然是用來計算推挽式變壓器開關電源變壓器初級線圈N1繞組匝數的公式，但對于全橋式變壓器開關電源變壓器初級線圈匝數的計算同樣有效。

（1-150）和（1-151）式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的最少匝數，S為變壓器鐵心的導磁面積（單位：平方厘米），Bm為變壓器鐵心的最大磁感應強度（單位：高斯）；Ui為開關電源的工作電壓，即加到變壓器初級線圈N1繞組兩端的電壓，單位為伏；τ = Ton，為控制開關的接通時間，簡稱脈沖寬度，或電源開關管導通時間的寬度（單位：秒）；

F為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開關電源變壓器工作于正、反激輸出的情況下，其伏秒容量必須相等，因此，可以直接用工作頻率來計算變壓器初級線圈N1繞組的匝數；F和τ取值要預留20%左右的餘量。式中的指數是統一單位用的，選用不同單位，指數的值也不一樣，這裡選用CGS單位制，即：長度為厘米（cm），磁感應強度為高斯（Gs），磁通單位為麥克斯韋（Mx）。

B）交流輸出全橋式開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

全橋式變壓器開關電源如果用于DC/AC或AC/AC逆變電源，即把直流逆變成交流，或把交流整流成直流後再逆變成交流，這種逆變電源一般輸出電壓都不需要調整，工作效率很高。請參考圖1-47。

用于逆變的全橋式變壓器開關電源一般輸出電壓uo都是占空比等于0.5的方波，由于方波的波形系數（有效值與半波平均值之比）等于1，因此，方波的有效值Uo與半波平均值Upa相等，并且方波的幅值Up與半波平均值Upa也相等。所以，隻要知道輸出電壓的半波平均值就可以知道有效值，再根據半波平均值，就可以求得半橋式開關電源變壓器初、次級線圈匝數比。

根據前面分析，全橋式變壓器開關電源的輸出電壓uo，主要由開關電源變壓器次級線圈輸出的正激電壓來決定。因此，根據（1-182）、（1-183）式就可以出全橋式變壓器開關電源的輸出電壓的半波平均值。由此求得全橋式逆變開關電源變壓器初、次級線圈匝數比：

n = N2/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/初級變壓比，D = 0.5時 （1-188）

（1-188）式就是計算全橋式逆變開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的公式。式中，N1為變壓器初級線圈N1繞組的匝數，N2為變壓器次級線圈的匝數，Uo輸出電壓的有效值，或平均值，Ui為直流輸入電壓，Upa輸出電壓的半波平均值。

（1-188）式還沒有考慮變壓器的工作效率，當把變壓器的工作效率也考慮進去時，最好在（1-188）式的右邊乘以一個略大于1的系數。

C）直流輸出電壓非調整式全橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

直流輸出電壓非調整式全橋開關電源，就是在DC/AC逆變電源的交流輸出電路後面再接一級整流濾波電路，請參考1-48。這種直流輸出電壓非調整式全橋開關電源的兩組控制開關K1和K4、K2和K3的占空比與DC/AC逆變電源一樣，一般都是0.5，整流輸出電壓的有效值Uo與半波平均值Upa基本相等。因此，直流輸出電壓非調整式全橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數比可直接利用（1-188）式來計算。即：

n = N2/N1 =Uo/Ui =Upa/Ui —— 次/初級變壓比，D = 0.5時 （1-188）

同樣，在低電壓、大電流輸出的情況下，一定要考慮變壓器的工作效率以及整流二極管的電壓降和4個開關器件接通時的電壓降。

D）直流輸出電壓可調整式全橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的計算

直流輸出電壓可調整式全橋開關電源的功能就要求輸出電壓可調，因此，全橋式變壓器開關電源的兩組控制開關K1、K4和K2、K3的占空比必須要小于0.5；因為全橋式變壓器開關電源正反激兩種狀态都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩組控制開關K1、K4和K2、K3的占空比相當于要小一倍。當要求輸出電壓可調範圍為最大時，占空比最好取值為0.25。根據（1-140）和（1-145）式可求得：

n=N2/N1 =2Uo(1-D) /Ui —— 次/初級變壓比，D小于0.5時 （1-189）

或

n= N2/N1 =3Uo/Ui —— 次/初級變壓比，D為0.25時 （1-190）

Uo =n*Ui/2(1-D) —— D小于0.5時 （1-140）

Uo =2*n*Ui/3 —— D為0.25時 （1-145）

（1-189）、（1-190）式就是計算直流輸出電壓可調整式全橋開關電源變壓器初、次級線圈匝數比的公式。式中，N1為變壓器初級線圈的最少匝數，N2為變壓器次級線圈的匝數，Uo為直流輸出電壓，Ui為開關電源的工作電壓。