單管正激拓?fù)渑c雙管半橋拓?fù)涞脑韴D區(qū)別

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單管正激拓?fù)渑c雙管半橋拓?fù)涞脑韴D區(qū)別

電源適配器廠家：玖琪為大家分享一種與雙管半橋拓?fù)渚哂斜举|(zhì)區(qū)別的電源適配器。其本質(zhì)區(qū)別在于這種電源適配器的主回路為單管正激拓?fù)涠请p管半橋拓?fù)?。筆者已經(jīng)介紹過正激的概念，接下來介紹單管的概念。所謂的單管，就是指開關(guān)管的數(shù)量只有1個(gè)。那么，所謂的單管正激電源適配器，就是一種在結(jié)構(gòu)上只具有一個(gè)開關(guān)管的電源適配器，并且是在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)通過變壓器從變壓器的初級(jí)向次級(jí)（負(fù)載）輸送電能的電源適配器。
換句話說，對(duì)于單管正激電源適配器而言，它的開關(guān)管、變壓器的初級(jí)繞組和變壓器的次級(jí)繞組是同時(shí)導(dǎo)通的（這才是正激的本質(zhì)含義）；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，變壓器的初級(jí)繞組和變壓器的次級(jí)繞組也是同時(shí)截止的（這也是正激的本質(zhì)含義）。對(duì)于變壓器的初級(jí)繞組而言，其導(dǎo)通與截止與否是與開關(guān)管的導(dǎo)通與截止相關(guān)聯(lián)的，實(shí)際上是受開關(guān)管的控制。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，初級(jí)繞組導(dǎo)通，電能輸入到變壓器中；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，初級(jí)繞組截止，變壓器中能量的增減變化與初級(jí)繞組無關(guān)。對(duì)于變壓器的次級(jí)繞組而言，其導(dǎo)通與截止時(shí)與次級(jí)繞組所接的整流二極管的導(dǎo)通與截止相關(guān)聯(lián)，實(shí)際與整流二極管的PN結(jié)方向有關(guān)。當(dāng)變壓器通過初級(jí)繞組獲得能量后，如果整流二極管可以正偏導(dǎo)通，我們就說次級(jí)繞組是導(dǎo)通的，此時(shí)變壓器的能量會(huì)從次級(jí)繞組通過整流二極管輸出至負(fù)載。如果整流二極管反偏截止，我們就說次級(jí)繞組是截止的，變壓器中能量的增減變化與次級(jí)繞組無關(guān)。
我們首先觀察一下圖1-2“電源適配器的4種結(jié)構(gòu)”中的（b）單管正激拓?fù)?。并與圖1-2（c）半橋拓?fù)溥M(jìn)行初步比較，總結(jié)一下二者的區(qū)別。開關(guān)管的數(shù)量區(qū)別就不再重復(fù)強(qiáng)調(diào)了。兩種拓?fù)漭^核心的區(qū)別在變壓器的繞組種類上（注意，不僅僅是數(shù)量）。通過觀察變壓器繞組的同名端標(biāo)記（黑色圓點(diǎn)）不難發(fā)現(xiàn)，無論是單管正激拓?fù)溥€是雙管半橋拓?fù)?，都是正激拓?fù)?。但是，單管正激拓?fù)涞淖儔浩鞫嗔艘粋€(gè)與能量傳遞（指從電源到負(fù)載）似乎無關(guān)的繞組（該繞組的一端接電源的正極，另一端經(jīng)VD3接電源的負(fù)極）。
為什么說這個(gè)繞組與能量傳遞似乎無關(guān)呢？筆者將結(jié)合同名端/異名端的知識(shí)，分析一下這個(gè)繞組所涉及的能量?jī)?chǔ)存及釋放過程。
在單管正激拓?fù)渲?，?dāng)開關(guān)管（S）打開時(shí)，實(shí)際上是對(duì)磁芯（T）左側(cè)的第1個(gè)電感充電。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，會(huì)在此電感中產(chǎn)生一個(gè)上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。同理，也會(huì)在磁芯（T）右側(cè)的電感上產(chǎn)生一個(gè)上正下負(fù)的互感電動(dòng)勢(shì)。我們將注意力投向磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感。根據(jù)這3個(gè)電感所標(biāo)記的同名端/異名端判定一下此刻該電感的互感情況。我們可以得出該電感的互感電動(dòng)勢(shì)應(yīng)該是下正上負(fù)。VIN甚至還會(huì)與這個(gè)互感電動(dòng)勢(shì)疊加之后加到了VD3的負(fù)極，VD3的正極直通VIN電源的負(fù)極?？傊?，二極管VD3的負(fù)極電壓高而正極電壓小，VD3是反偏截止的。如圖所示。

VD3所連的電感在能量從電源到變壓器的傳遞過程中是截止的。這意味著在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，這個(gè)電感的確與能量從電源到負(fù)載的傳遞過程無關(guān)。
再來分析一下開關(guān)管（S）截止時(shí)的情況。當(dāng)開關(guān)管（S）截止時(shí)，3個(gè)繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都將反相。此時(shí)，磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感上的互感電動(dòng)勢(shì)將變成上正下負(fù)，如圖4-18所示。

圖　單管正激勵(lì)磁結(jié)束時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向

既然開關(guān)管（S）處于截止?fàn)顟B(tài)，那么與開關(guān)管（S）相連的這個(gè)電感此時(shí)對(duì)變壓器中能量的增減就沒有了任何的影響，我們可以把它從整個(gè)電源適配器中暫時(shí)忽略。我們?cè)倏创判荆═）右側(cè)的電感，此時(shí)VD1、VD2都是反偏截止的，變壓器中的能量是無法通過VD1、VD2輸出到電感（L）中的。換句話說，磁芯（T）右側(cè)的電感此時(shí)對(duì)變壓器中能量的增減也沒有任何影響，我們也可以把它從整個(gè)電源適配器中暫時(shí)忽略。當(dāng)我們忽略這兩個(gè)電感之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)單管正激拓?fù)潆娫催m配器變成了圖所示的樣子。

這是一個(gè)很有意思的電路。它的左邊是一個(gè)電源（上正下負(fù)），右邊是一個(gè)等價(jià)于充電電池的電感電源（上正下負(fù)）和二極管（VD3）。問題來了，當(dāng)我們把兩個(gè)電源的正極連在一起，把兩個(gè)電源的負(fù)極通過一個(gè)二極管也連接在一起后，究竟誰是負(fù)載誰是電源呢？之所以提出這個(gè)問題，是因?yàn)樵陔娐分型ǔＶ挥幸粋€(gè)明確的電源，但我們現(xiàn)在突然遇到了一個(gè)具有兩個(gè)電源的電路。
我們還可以從電路回路中流過的電流方向來換個(gè)角度分析這個(gè)電路。即當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，這個(gè)電路回路中究竟是流過順時(shí)針方向的電流還是流過逆時(shí)針方向的電流呢？只要把這個(gè)問題搞清楚了，我們就能夠判定這兩個(gè)電源究竟誰是真正的負(fù)載和真正的電源了。VD3的PN結(jié)方向決定了這個(gè)電路回路中只能流過逆時(shí)針方向的電流。這意味著當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感將對(duì)VIN電源充電。也就是說，VIN電源在此刻名不副實(shí)，它反而成了負(fù)載。
很多電源工程師對(duì)VIN電源能量傳輸方向上的認(rèn)識(shí)具有片面性。實(shí)際上VIN電源除了向變壓器輸出能量外，變壓器中儲(chǔ)存的能量也是可以輸出到VIN電源（如310V）中的。在電源適配器中，有兩個(gè)典型的從變壓器向VIN電源輸出能量的例子，一個(gè)是開關(guān)管的尖峰吸收回路，一個(gè)是電源適配器對(duì)電網(wǎng)的噪聲干擾。我們先分析一下開關(guān)管的尖峰吸收回路，它實(shí)際上就是將變壓器初級(jí)繞組上的關(guān)斷尖峰電壓回饋至VIN電源的過程，能量傳遞的方向是從變壓器向310V。我們?cè)俜治鲆幌码娫催m配器對(duì)電網(wǎng)的噪聲干擾。EMI存在的理由之一，就是為了避免以噪聲這種形式存在的能量從電源適配器回饋至VIN電源（這里指全橋整流器之前的交流市電220V）。

總之，不管這個(gè)回路中到底是VIN電源對(duì)磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感充電，還是磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感對(duì)VIN電源充電，電能都沒有輸出到變壓器的次級(jí)負(fù)載一側(cè)?？梢?，在單管正激拓?fù)潆娫催m配器中，磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感的確是一個(gè)與能量傳遞（指從電源到負(fù)載）無關(guān)的繞組。那么，這個(gè)電感的存在意義何在呢？我們還是要從能量傳遞的方向來分析。
經(jīng)過上面的分析，我們已經(jīng)明確了磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感是一個(gè)與給負(fù)載提供能量無關(guān)的變壓器繞組。它的具體功能是在開關(guān)管截止時(shí)將儲(chǔ)存在變壓器中的能量回饋到電源中。這是一個(gè)值得思考的問題。電源適配器的根本作用就是將能量從電源輸送到變壓器，進(jìn)而通過變壓器輸送到次級(jí)負(fù)載的過程。通過電感將本已經(jīng)輸送到變壓器中的電能重新回饋到電源中的這個(gè)過程，似乎與電源適配器的根本作用是相悖的。這就等于是你先把一碗米飯給了一個(gè)饑餓的乞丐，但是還沒等他吃完，你就把碗拿走了。特別值得深思的是，磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感的作用就是在每個(gè)開關(guān)管的截止周期就“把碗拿走”，客觀上起到一個(gè)減少變壓器儲(chǔ)存能量的作用（盡管這個(gè)能量并沒有浪費(fèi)）。這究竟是為什么呢？
要深入地理解這個(gè)問題，需要具有磁滯回線的知識(shí)基礎(chǔ)，這超出了維修人員的需要。我們不妨從能量分配的角度去理解這個(gè)問題。那就是對(duì)于單管正激拓?fù)涞碾娫催m配器而言，電源的設(shè)計(jì)者希望在每個(gè)開關(guān)周期的開始時(shí)刻的變壓器都處于一種盡可能沒有儲(chǔ)存能量的狀態(tài)。也就是說，即使在上一個(gè)開關(guān)周期中變壓器已經(jīng)儲(chǔ)存了能量，也應(yīng)在開關(guān)周期中的開關(guān)管截止時(shí)段把變壓器中儲(chǔ)存的剩余能量（在開關(guān)管導(dǎo)通期間，負(fù)載會(huì)消耗一部分）泄放出去，這就是所謂的磁復(fù)位。
這已經(jīng)不是我們第一次接觸磁復(fù)位的概念了。我們?cè)贏TX3.3V磁放大穩(wěn)壓電路中已經(jīng)接觸過這個(gè)概念。對(duì)于變壓器而言，磁復(fù)位是指變壓器中已經(jīng)儲(chǔ)存的能量被泄放出去，又回復(fù)到了之前未被充能的狀態(tài)。
我們可以大膽推測(cè)，對(duì)于單管正激拓?fù)涠裕绻麤]有磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感在每個(gè)開關(guān)周期結(jié)束時(shí)刻令變壓器完成磁復(fù)位，單管正激拓?fù)潆娫催m配器中的變壓器就不能正常工作。對(duì)于變壓器的正常工作而言，其必要條件似乎只有變壓器不能飽和這個(gè)根本原則。因此，我們幾乎可以肯定磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感在每個(gè)開關(guān)周期結(jié)束時(shí)刻令變壓器完成磁復(fù)位的必要過程，事實(shí)上就是為了避免變壓器因?yàn)槟承┪覀儠簳r(shí)還不知道的原因而發(fā)生過飽和。
綜上所述，筆者把磁芯（T）左側(cè)的第2個(gè)電感命名為單管正激拓?fù)渲械拈_關(guān)變壓器的磁復(fù)位電感，把VD3命名為磁復(fù)位二極管。
單管正激拓?fù)浜碗p管半橋拓?fù)湓诖渭?jí)一側(cè)還有一個(gè)區(qū)別，盡管它們?cè)诖渭?jí)一側(cè)都具有兩個(gè)二極管。對(duì)于雙管半橋拓?fù)涠?，它的兩個(gè)二極管都是整流二極管。對(duì)于單管正激拓?fù)涠裕挥幸粋€(gè)二極管是整流二極管，另一個(gè)二極管是續(xù)流二極管。這給了我們區(qū)分單管正激拓?fù)潆娫催m配器次級(jí)使用的兩個(gè)二極管屬性（指整流和續(xù)流）的觀察依據(jù)。與電源適配器的低壓側(cè)輸出地用布線物理連通的二極管（正極）才是續(xù)流二極管。
通過觀察單管正激拓?fù)湓韴D不難發(fā)現(xiàn)，這是一個(gè)只有一路輸出的電源適配器。但是，真實(shí)的ATX卻具有ATX3.3V、ATX5V、ATX12V這三路正電壓。這說明真實(shí)的ATX主變壓器的次級(jí)一側(cè)應(yīng)有不止一個(gè)輸出繞組。我們將單管正激拓?fù)湓韴D充實(shí)如圖所示。

當(dāng)單管正激拓?fù)涞闹髯儔浩骶哂胁恢挂粋€(gè)次級(jí)輸出繞組時(shí)，其次級(jí)繞組就具有了主輔之分。所謂的主輸出繞組，是指該電源適配器的全部輸出（指＋VOUT1、＋VOUT2）的穩(wěn)壓過程都是依賴于主輸出繞組的輸出（指＋VOUT1）進(jìn)行的。換句話說，電源適配器的次級(jí)穩(wěn)壓（反饋）電路只針對(duì)主輸出的＋VOUT1進(jìn)行穩(wěn)壓采樣，采樣的結(jié)果將直接影響＋VOUT1的實(shí)際輸出電壓大小。而＋VOUT2的實(shí)際輸出大小則會(huì)被動(dòng)地根據(jù)＋VOUT1的實(shí)際輸出電壓大小的變化而變化。通俗地說，在單管正激拓?fù)潆娫催m配器中，只有主輸出的電壓是能夠精確控制的，而輔輸出的電壓則會(huì)隨主輸出的負(fù)載變化在某個(gè)范圍內(nèi)變化。這顯然不是電源的設(shè)計(jì)者所期望的，我們所期望的是所有輸出電壓（甚至電流）均可精確控制（不論負(fù)載大小）的電源。如何解決這個(gè)問題呢？常識(shí)告訴我們，這很可能會(huì)涉及某些其他的變電技術(shù)及電路。
較后，介紹一下單管正激拓?fù)渑c單端反激拓?fù)涞墓餐c(diǎn)。

通過對(duì)電源適配器輔助電源的學(xué)習(xí)，電源工程師應(yīng)已經(jīng)比較了解單端反激拓?fù)涞碾娐方Y(jié)構(gòu)了。在單端反激拓?fù)渲?，開關(guān)管的S極會(huì)經(jīng)一個(gè)小阻值大功率的檢流電阻對(duì)地。單管正激拓?fù)渑c單端反激電源有一個(gè)重要的相同點(diǎn)，即單管正激拓?fù)涞拈_關(guān)管的S極也是會(huì)經(jīng)一個(gè)小阻值大功率的檢流電阻后對(duì)地的。這個(gè)電阻的功率較大，因此體積也較大。在觀察實(shí)物時(shí)應(yīng)特別注意。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.06.04 來源：電源適配器廠家

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