推挽拓撲輸出功率及輸入電壓的限制

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推挽拓撲輸出功率及輸入電壓的限制

推挽電路除了磁通不平衡的問題外（在電流模式推挽拓撲中則不存在這種問題），電源適配器輸出功率會受到式的限制，而輸入電壓會受到式的限制。
式給出了不同額定輸出功率下對開關管峰值電流的要求，式給出了對應最大直流輸入電壓下的開關管最大電壓應力。當采用雙極型晶體管時，這兩個條件限制了推挽拓撲的最大功率約為500W。高于這個功率等級，則很難找到能同時滿足峰值電流和電壓應力要求的雙極型晶體管，并且具備足夠的增益和響應速度。
電源適配器研發技術總是不斷進步的，具有足夠高電壓和電流定額且具有足夠低導通壓降的高速MOFET開關管將延伸推挽變換器功率等級的應用范圍。
為此，下面將討論通信用一次電源適配器供電的400W推挽變換器，供電電源適配器額定輸出、最小輸出和最大輸出電壓分別為48V、38V和60V。
由式可知，所需最大值電流為

。由式可知，最大關斷電壓應力為

。考慮一定的安全裕量，則開關管耐壓至少應為200V。

該電源適配器的開關管，可采用雙極型晶體管MJ13330。它的額定幅值電流、額定Vceo和額定Vcev（基極反向偏置電壓為-1~-5V時，可以承受的關斷瞬間的電壓值）分別為20A、200V和400V時，可滿足幅值電流和電壓應力的要求。
工作于16A時，該開關管的最大導通電壓約為3V，最小增益約為5，存儲時間為1。3~4us。由于這些限制，開關管的開關損耗和直流導通損耗都很大，處理磁通不平衡也有困難（除非使用電流模式推挽拓撲），且由于存儲時間過長，很難工作在頻率為40kHz以上的電路中。
該筆記本電源若使用MOSFET管，可選MTH30N20型。它的額定電流為30A，額定電壓為200V路中。在16A時，其導通壓降為1。3V，因此其直流導通損耗是前面雙極型晶體管的一半。因為電流下降很快，所以交疊開關損耗可以忽略，但是其價格（包括其他同類型的功率器件）要貴一些。
對于離線式變換器來講，很少采用推挽拓撲結構，因為其最大關斷電壓應力為

例如，120V交流輸入，設網壓波動范圍為±10%，其整流電壓峰值為1.41×1.1x120=186V。加上漏感尖峰頂部，其最大關斷電壓應力為2.6×186=484V。
另外還必須考慮在穩態最大值上疊加瞬態值的情況。商用電源適配器中很少規定具體瞬態值，但在實際中電源適配器一般設定瞬態應力值是在穩態最大值的基礎上增加15%。這使得最大應力達1.15×484=557V。
某些特定場合，輸入電壓瞬態值比穩態最大值的15%還要大。例如，軍用飛行器的交流輸入標準由“軍標704做了明確的規定。此處，對于額定電壓為113V的交流輸入，10ms內其允許的瞬態值為180VAC。在瞬態值為180VAC時，根據式，最大關斷電壓應力為180×1.42×2.6=660V。盡管市面上有很多快速雙極型晶體管能夠承受850V的反壓，但在這么高的瞬態電壓下采用這種拓撲顯然不是一種很好的選擇。
還有些5V1.2A電源適配器拓撲結構關斷時開關管只需承受最大直流輸入電壓，并且沒有漏感尖峰。對于高壓及離線式場合它們是更好的選擇，不僅因為它們的電壓應力較小，還因為它們關斷時電壓變化較小，產生的電磁干擾（EMI）也比較低。

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| 發布時間：2019.01.16 來源：電源適配器廠家

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