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，這裏隻列出計算儲能濾波電感、電容參數的公式，對於詳細分析請參考《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》章節的內容。
A）全橋式開關電源儲能濾波電感參數的計算

根據前麵分析
，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製開關K1、K2 的占空比必須小於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。此分析結果對於全橋式開關電源同樣有效。

當兩個控製開關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：
（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 為控製開關的工作周期，F 為控製開關的工作頻率，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。

往期閱讀：
專題：陶顯芳老師30年經驗大分享，開關電源設計那些事兒
http://m.0-fzl.cn/special/181
【連載7】陶顯芳老師談開關電源原理與設計
http://m.0-fzl.cn/power-art/80021940
【連載8】全橋式變壓器開關電源工作原理
http://m.0-fzl.cn/power-art/80022082
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上麵（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，對於極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大於1 的係數。

B）全橋式開關電源儲能濾波電容參數的計算

根據前麵分析，以及由圖1-35 可以看出，當兩個控製開關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：


（1-149）式中：Io 是流過負載的電流
，T 為控製開關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於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），但對於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，即控製開關工作於占空比D 為0.25 時的情況，對於極端情況可以在平均值的計算結果上再乘以一個大於1 的係數。

1-8-3-4．全橋式開關變壓器參數的計算

quanqiaoshibianyaqikaiguandianyuandegongzuoyuanliyutuiwanshibianyaqikaiguandianyuandegongzuoyuanlishifeichangjiejinde，zhishibianyaqidejilifangshiyugongzuodianyuandejierufangshiyoudianbutong
；因此，用於計算推挽式變壓器開關變壓器初級線圈N1 繞組匝數的數學表達式，同樣可以用於全橋式變壓器開關變壓器初級線圈N1 繞組匝數的計算。

A）全式開關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，也屬於雙激式開關電源

，因此用於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，bingqiebianyaqitiexinkeyibuyongliuqixi。quanqiaoshikaiguanbianyaqidejisuanfangfayuqianmiantuiwanshikaiguanbianyaqidejisuanfangfajibenxiangtong，genjutuiwanshikaiguanbianyaqichujixianquanzashujisuangongshi（1-150）和（1-151）式：


上麵（1-150）和（1-151）式，雖然是用來計算推挽式變壓器開關變壓器初級線圈N1 繞組匝數的公式
，但對於全橋式變壓器開關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麵積（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，為控製開關的接通時間
，簡稱脈衝寬度
，或電源開關管導通時間的寬度（單位：秒）；
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F 為工作頻率，單位為赫芝，一般雙激式開關變壓器工作於正、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
，這裏選用CGS 單位製，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於DC/AC 或AC/AC 逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)，即(ji)把(ba)直(zhi)流(liu)逆(ni)變(bian)成(cheng)交(jiao)流(liu)，或(huo)把(ba)交(jiao)流(liu)整(zheng)流(liu)成(cheng)直(zhi)流(liu)後(hou)再(zai)逆(ni)變(bian)成(cheng)交(jiao)流(liu)，這(zhe)種(zhong)逆(ni)變(bian)電(dian)源(yuan)一(yi)般(ban)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)都(dou)不(bu)需(xu)要(yao)調(tiao)整(zheng)，工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)很(hen)高(gao)。請(qing)參(can)考(kao)圖(tu)1-47。

用於逆變的全橋式變壓器開關電源一般輸出電壓uo 都是占空比等於0.5 的方波，由於方波的波形係數（有效值與半波平均值之比）等於1，因此，方波的有效值Uo 與半波平均值Upa 相等，並且方波的幅值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變壓器初、次級線圈匝數比。

根據前麵分析，全橋式變壓器開關電源的輸出電壓uo，主要由開關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變壓器初、次級線圈匝數比：


（1-188）式就是計算全橋式逆變開關變壓器初、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於1 的係數。

C）直流輸出電壓非調整式全橋開關變壓器初
、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麵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製開關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變壓器初
、次級線圈匝數比可直接利用（1-188）式來計算。即：


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。
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D）直流輸出電壓可調整式全橋開關變壓器初
、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製開關K1、K4 和K2、K3 的占空比必須要小於0.5
；因為全橋式變壓器開關電源正反激兩種狀態都有電壓輸出，所以在同樣輸出電壓（平均值）的情況下，兩組控製開關K1
、K4 和K2、K3 的占空比相當於要小一倍。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：


（1-189）（1-190）式就是計算直流輸出電壓可調整式全橋開關變壓器初、次級線圈匝數比公式。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。

1-8-3-5．全橋式變壓器開關電源的優缺點

全(quan)橋(qiao)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)與(yu)推(tui)挽(wan)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)一(yi)樣(yang)，由(you)於(yu)兩(liang)組(zu)開(kai)關(guan)管(guan)輪(lun)流(liu)交(jiao)替(ti)工(gong)作(zuo)
，相(xiang)當(dang)於(yu)兩(liang)個(ge)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)同(tong)時(shi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)
，其(qi)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)約(yue)等(deng)於(yu)單(dan)一(yi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)兩(liang)倍(bei)。因(yin)此(ci)，全(quan)橋(qiao)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)很(hen)大(da)
，工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)很(hen)高(gao)
，經(jing)橋(qiao)式(shi)整(zheng)流(liu)或(huo)全(quan)波(bo)整(zheng)流(liu)後(hou)，其(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)壓(ya)脈(mai)動(dong)係(xi)數(shu)Sv 和電流脈動係數Si 都很小，僅需要一個很小值的儲能濾波電容或儲能濾波電感，就可以得到一個電壓紋波和電流紋波都很小的輸出電壓。
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全橋式變壓器開關電源最大的優點是，對4 個開關器件的耐壓要求比推挽式變壓器開關電源對兩個開關器件的耐壓要求可以降低一半。因為
，全橋式變壓器開關電源4 個開關器件分成兩組，工作時2 個(ge)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)互(hu)相(xiang)串(chuan)聯(lian)，關(guan)斷(duan)時(shi)
，每(mei)個(ge)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)所(suo)承(cheng)受(shou)的(de)電(dian)壓(ya)

，隻(zhi)有(you)單(dan)個(ge)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)所(suo)承(cheng)受(shou)電(dian)壓(ya)的(de)一(yi)半(ban)。其(qi)最(zui)高(gao)耐(nai)壓(ya)等(deng)於(yu)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)與(yu)反(fan)電(dian)動(dong)勢(shi)之(zhi)和(he)的(de)一(yi)半(ban)，這(zhe)個(ge)結(jie)果(guo)正(zheng)好(hao)是(shi)推(tui)挽(wan)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)兩(liang)個(ge)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)耐(nai)壓(ya)的(de)一(yi)半(ban)。

全quan橋qiao式shi變bian壓ya器qi開kai關guan電dian源yuan主zhu要yao用yong於yu輸shu入ru電dian壓ya比bi較jiao高gao的de場chang合he，在zai輸shu入ru電dian壓ya很hen高gao的de情qing況kuang下xia
，采cai用yong全quan橋qiao式shi變bian壓ya器qi開kai關guan電dian源yuan，其qi輸shu出chu功gong率lv要yao比bi半ban橋qiao式shi變bian壓ya器qi開kai關guan電dian源yuan的de輸shu出chu功gong率lv大da很hen多duo。因yin此ci
，一yi般ban電dian網wang電dian壓ya為wei交jiao流liu220 fugongdiandedagonglvkaiguandianyuandabufendoushishiyongquanqiaoshibianyaqikaiguandianyuan。erzaishurudianyajiaodideqingkuangxia，tuiwanshibianyaqikaiguandianyuandeshuchugonglvyouyaobiquanqiaoshibianyaqikaiguandianyuandeshuchugonglvdahenduo。

全橋式變壓器開關電源的電源利用率比推挽式變壓器開關電源的電源利用率低一些，因為2 組開關器件互相串聯，兩個開關器件接通時總的電壓降要比單個開關器件接通時的電壓降大一倍；但比半橋式變壓器開關電源的電源利用率高很多。因此，全橋式變壓器開關電源也可以用於工作電源電壓比較低的場合。

與(yu)半(ban)橋(qiao)式(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)一(yi)樣(yang)，全(quan)橋(qiao)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)線(xian)圈(quan)隻(zhi)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)繞(rao)組(zu)，這(zhe)也(ye)是(shi)它(ta)的(de)優(you)點(dian)
，這(zhe)對(dui)小(xiao)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)線(xian)圈(quan)繞(rao)製(zhi)多(duo)少(shao)帶(dai)來(lai)一(yi)些(xie)方(fang)便(bian)。但(dan)對(dui)於(yu)大(da)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)線(xian)圈(quan)繞(rao)製(zhi)沒(mei)有(you)優(you)勢(shi)，因(yin)為(wei)，大(da)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)線(xian)圈(quan)需(xu)要(yao)用(yong)多(duo)股(gu)線(xian)來(lai)繞(rao)。

全(quan)橋(qiao)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)缺(que)點(dian)主(zhu)要(yao)是(shi)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)比(bi)較(jiao)較(jiao)大(da)
，因(yin)此(ci)，全(quan)橋(qiao)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)不(bu)適(shi)宜(yi)用(yong)於(yu)工(gong)作(zuo)電(dian)壓(ya)較(jiao)低(di)的(de)場(chang)合(he)
，否(fou)則(ze)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)會(hui)很(hen)低(di)。另(ling)外(wai)，全(quan)橋(qiao)式(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)4 個開關器件連接沒有公共地
，與驅動信號連接比較麻煩。

全橋式開關電源最大的缺點是，當兩組控製開關K1、K4 和K2、K3 處於交替轉換工作狀態的時候，4 個開關器件會同時出現一個很短時間的半導通區域，即兩組控製開關同時處於接通狀態。

這是因為開關器件在開始導通的時候，相當於對電容充電，它從截止狀態到完全導通狀態需要一個過渡的過程；而開關器件從導通狀態轉換到截止狀態的時候，相當於對電容放電，它從導通狀態到完全截止狀態也需要一個過渡的過程。

當(dang)兩(liang)組(zu)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)分(fen)別(bie)處(chu)於(yu)導(dao)通(tong)和(he)截(jie)止(zhi)過(guo)渡(du)過(guo)程(cheng)時(shi)，即(ji)兩(liang)組(zu)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)都(dou)處(chu)於(yu)半(ban)導(dao)通(tong)狀(zhuang)態(tai)時(shi)
，相(xiang)當(dang)於(yu)兩(liang)組(zu)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)同(tong)時(shi)接(jie)通(tong)，它(ta)們(men)會(hui)造(zao)成(cheng)對(dui)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)產(chan)生(sheng)短(duan)路(lu)；此時，在4 個控製開關的串聯回路中將出現很大的電流
，而這個電流並沒有通過變壓器負載。因此，在4 個控製開關K1、K4 和K2

、K3 同時處於過渡過程期間，4 個ge開kai關guan器qi件jian將jiang會hui產chan生sheng很hen大da的de功gong率lv損sun耗hao。為wei了le降jiang低di控kong製zhi開kai關guan過guo渡du過guo程cheng產chan生sheng的de損sun耗hao，一yi般ban在zai全quan橋qiao式shi開kai關guan電dian源yuan電dian路lu中zhong，都dou有you意yi讓rang兩liang組zu控kong製zhi開kai關guan的de接jie通tong和he截jie止zhi時shi間jian錯cuo開kai一yi小xiao段duan時shi間jian。

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