摘要：由于自激型推挽式直流变换器的“连通”现象有可能妨碍变换器的正常工作，因此在设计时应尽力消除。文中对自激型推挽式直流变换器的“连通”现象进行了分析，给出了消除“连通”现象的多种电路和实现方法。
关键词：推挽式；直流变换器；“连通”
自激型推挽式直流变换器是利用开关晶体管和变压器铁芯的磁通量饱和来进行自激振荡，从而实现开关管“开／关”转换的直流变换器，它是由美国人罗耶（G．H．Royer）在1955年首先发明和设计的，故又称“罗耶变换器”。它是目前构成桥式直流变换器的基本结构，但自激型推挽式直流变换器在设计时有一种特殊现象必须加以重视，否则会妨碍电路的正常工作，这就是推挽式直流变换器的“连通”现象。
1 变换器的工作原理及“连通”现象
1．1 自激型推挽式直流变换器工作原理
自激型推挽式直流变换器的电路原理如图1所示。当电压Ui加到输入端时，由R1、R2组成的分压电路会产生两个小电压并加到两个开关晶体管的基极上，由于电路不可能完全对称，所以总会使一个开关管导通。假定V1先导通，其集电极电流iC1流过变压器的初级线圈WP1将使变压器铁芯磁化，在其他线圈中产生感应电动势。由于WB2是V2的基极线圈，故此感应电动势将使晶体管V2的基极处于负电位，从而使V2一直处于截止状态，而WB1的感应电动势则使V1的集电极电流进一步增加，并使V1很快达到饱和导通状态，由于此时全部输入电压Ui都加到初级线圈WP1两端，因此WP1中的电流及由此电流产生的磁通也线性增加。当铁芯中的磁通达到或接近磁饱和值＋Φs时，V1的集电极电流会急剧增大而形成一个尖峰，而此时磁通量的变化率则为零，因而WB1两端的感应电动势也接近于零，由此将使开关管V1的基极电流减少，集电极电流下降，整个线圈中产生反向电动势，从而使线圈中的磁通脱离饱和，并促使晶体管V1很快截止，V2进入导通。而当全部输入电压Ui加到线圈的另一半WP2两端时，线圈中的磁通将迅速下降并很快达到反向饱和值—Φs，从而产生另一次崩溃过程。这个过程周而复始，使得V1、V2交替导通，这样在两个晶体管的集电极产生方波，进而在变压器次级线圈WS上形成方波电压，此电压经VD1、VD2和C2整流滤波后，就得到了直流输出电压U0。
从上面的工作过程可以看出，开关晶体管的导通与截止的转换速度，是与变压器线圈的磁饱和度的达到与否，以及开关晶体管的开关特性有很大关系。由于导通和截止这两种状态不是瞬间完成的，而是需要一个过程，这就产生了一种不利的情况—“连通”问题。
1．2 “连通”现象的产生
自激推挽式变换器是由自激的方式产生方波，其开关晶体管的两个基极驱动信号为相位差180°的方波，其高低电平之间的转换在时间上是完全一致的。但是晶体管存在一个存贮时间问题，即当一个管子V1在基极正向脉冲驱动下导通时，另一个管子V2正在关断，此时晶体管V2虽已失去了基极正向驱动信号，但是由于存贮时间的作用，V2并不是立即截止，而仍处于继续导通状态，从而产生了两个晶体管同时导通的情况，俗称“连通”现象。此现象通常历时约1～5μs。而由于管子的开启时间比存贮时间短得多，“连通”现象将一直到存贮时间结束才停止。图2所示为“连通”现象的产生原理图。“连通”现象虽然时间很短暂，但却可以产生灾难性的后果。因为正在关断中的晶体管正处于存贮期，因此电源电压Ui只能加在半个初级绕组上，而由于变压器的作用，另一个正在导通的晶体管集电极仍处于2Ui的电压而不能进入饱和区，但此时晶体管的基极已在正向脉冲驱动下导通，所以在集电极电压2Ui作用下将流过数值很大（约βIb）的集电极电流，从而造成高频尖峰损耗。每个晶体管在每个周期都会出现一次这种高频尖峰损耗。此时每个管子的平均功率为：
P＝2UiβIbfts
其中f为晶体管基极驱动方波频率；ts为存贮时间。
当占空比足够大时，平均功率损耗可能将管子结温升高到损坏点。此时即使整体温度不足以损坏器件，但由于温度分布不均也可能造成二次击穿而损坏管子。
2 “连通”现象的消除
“连通”现象在开关稳压电源中有很大的危害，因此在进行推挽式直流变换器设计时应加以消除。根据“连通”现象产生的原因，可主要从两个方面来消除，一是缩短关断晶体管的存贮时间；二是使导通的晶体管延迟导通。下面给出消除“连通”现象的几种方式。
2．1 缩短功率晶体的存贮时间
一般来说，晶体管的截止频率fT越高，其周期越短，存贮时间ts就越小。因此，在选择器件时，应选择频率fT较高的开关晶体管，比如开关性能较好的肖特基高速二极管。但管子一旦选定，应如何缩短存贮时间呢？因为晶体管从不饱和到饱和再到不饱和需要一个时间过程，这个过程的长短与管子的饱和深度有关，深度饱和所需时间较长，反之则较短。因此，为了缩短存贮时间，就应避免管子进入深度饱和，故不要对管子进行过量的激励，这在管子空载时尤为重要。设计时可以利用一个钳位二极管来使晶体管避免进入深度饱和。其电路如图3所示。
如图，当晶体管一旦进入饱和区后，钳位二极管VD就把基极的激励电流向集电极分流而使基极电流不再增加，这样就防止了晶体管进入深饱和，从而减小了存贮时间。
此外，采用达林顿电路或给基极加反偏压的方法也可以缩短存贮时间。
2．2 用RC电路延迟导通来避免“连通”现象
利用电容器的充放电所产生的过渡过程来延迟晶体管导通时间的原理如图4所示。图中，两个电容C1、C2分别接于晶体的基极与地之间，当一个管子的基极处于脉冲的上升沿时，由于电容的充电过程而使基极达到导通的时间被延迟，从而避开了另一个管子截止时的存贮时间；同时在电阻R1、R2上分别并联一个二极管VD1和VD2，这样当Ui在正半周时，VD1反向偏置，由RC电路延时；而当Ui为负半周时，VD1正向偏置并与R1分流从而使C1快速放电，同时从V1的基极抽取较大的反向电流。
2 ．3 采用延迟导通脉冲来避免连通现象
将两个晶体管的基极控制信号的上升沿进行适当延迟，可以避开存贮时间，采用正逻辑与非门将两基极控制信号U1、U2分别与脉冲单稳态振荡器产生的负跳变延迟脉冲Ud进行组合，以产生两个波形U01、U02（如图5所示）。这两个波形的正半周上升沿均被延迟td时间，而负半周下降沿则与原波形U1、U2同步。从而在开关晶体管的截止时间不变的前提下延迟了导通时间，这就从根本上解决了开关晶体管的“连通”现象。具体波形如图6所示。
3 结束语
推 挽式直流变换器是目前广泛应用的桥式直流 变换，两个推挽式直流变换器即可组成一个桥式直流变换器，而推挽式直流变换器的一切特性在桥式直流变换器中都可以体现出来。因此，消除和避免“连通”现象，对于实际电路的设计具有重要的意义。
参考文献
1 ．王水平，付敏江．开关稳压电源．西安电子科技大学出版社，1997
2．叶慧贞，扬兴洲．开关稳压电源．北京：国防工业出版社，1993
