推挽式電路詳解解：DC-DC轉換器電路圖+工作原理+元器件清單

今天給大家分享的是：

在使用電力電子設備時，DC-DC轉換器拓撲對于實際設計變得非常重要。 在電子領域主要有兩種 DC-DC 轉換拓撲結：開關轉換器和線性轉換器。

但是還有一種方法是使用推挽式轉換器。 推挽式轉換器開辟了許多轉換可能性，例如降壓、升壓、降壓-升壓、隔離甚至非隔離拓撲，它也是電力電子中使用的最古老的開關拓撲之一，需要最少的組件來生產具有多個輸出電壓的中等功率輸出（通常為 150W 至 500W）。 經常需要改變變壓器繞組以改變隔離推挽轉換器電路中的輸出電壓。

這篇文章就來詳細講講推挽式轉換器、如何構建推挽式轉換器。

一、推挽式轉換器的基礎構造

看這個名字就應該差不多知道了，Push 和 Pull 對于同一件事有兩個相反的含義。 Push-Pull 通俗地說是什么意思？ 字典上說推動這個詞的意思是通過使用力量將人或物體移到一邊而前進。 在推挽式 DC-DC 轉換器中，推定義為推動電流或饋入電流。 現在，拉是什么意思？ 再一次，字典說要對某人或某物施加力量以引起對自己的運動。 在推挽式轉換器中，再次被拉的是電流。

因此，推挽式轉換器是一種開關轉換器，其中電流不斷地推入某物并不斷地從某物拉出。 這是一種反激變壓器或電感器。 電流不斷地從變壓器中推拉。 使用這種推挽方法，變壓器將磁通量傳輸到次級線圈并提供某種隔離電壓。

現在，由于這是一種開關穩壓器，也因為變壓器需要以這樣的方式切換，即電流需要同步推拉，為此我們需要某種開關穩壓器。 這里需要一個異步推挽驅動器。 現在，很明顯這些開關是用不同類型的晶體管或Mosfet制成的。

電子市場上有許多推挽式驅動器可以立即用于推挽式對話相關工作。 在下面的列表中可以找到一些這樣的驅動器 IC：

LT3999

MAX258

MAX13253

LT3439

TL494

二、推挽式轉換器工作原理

為了理解推挽式轉換器的工作原理，我們畫了一個基本電路，它是一個基本的半橋推挽式轉換器，如下圖所示，為了簡單起見，我們覆蓋了半橋拓撲，但還有另一種常見的拓撲結構可用，即全橋推挽式轉換器。

半橋推挽式轉換器

兩個NPN 晶體管將啟用推挽功能。 兩個晶體管 Q1 和 Q2 不能同時導通。 當 Q1 開啟時，Q2 將保持關閉狀態，當 Q1 關閉時，Q2 將開啟。 它會按順序發生，并將繼續循環。

我們可以看到，上面的電路使用了一個變壓器，這是一個隔離的推挽式轉換器。

隔離的推挽式轉換器

上圖是 Q1 開啟，Q2 關閉的狀態。 因此，電流將流過變壓器的中心抽頭，并通過晶體管 Q1 接地，而 Q2 將阻止變壓器另一個抽頭上的電流流動。 當 Q2 打開而 Q1 保持關閉時，情況正好相反。 每當電流發生變化時，變壓器就會將能量從初級側傳輸到次級側。

隔離的推挽式轉換器波形圖

上圖對于檢查電路是如何工作非常有用，起初，電路中沒有電壓或電流。 Q1 開啟，當電路現在閉合時，一個恒定電壓首先沖擊到抽頭。 電流開始增加，然后電壓被感應到次級側。

在下一階段，經過一段時間延遲后，晶體管 Q1 關閉，Q2 開啟。 這里有一些重要的工作 -變壓器寄生電容電感形成一個 LC 電路，該電路開始以相反的極性切換。 電荷開始通過變壓器的另一個抽頭繞組以相反的方向流回。 以這種方式，這兩個晶體管以交替模式不斷推動電流。

但是，由于牽引是由 LC 電路和變壓器的中心抽頭完成的，因此稱為推挽拓撲。 通常以這樣一種方式描述，即兩個晶體管交替推動電流，命名為常規推挽式，其中晶體管不拉動電流。 負載波形看起來像鋸齒，但是，它不是上面波形中顯示的。

這里已經了解了推挽式轉換設計的工作原理，下面看怎么構建一個推挽式轉換器。

三、構建實用推挽式轉換器所需的組件

下面的電路是在面包板上構建的。 用于測試電路的組件如下 -

2 個具有相同額定值的電感---220uH 5A 環形電感。

0.1uF 聚酯薄膜電容 - 2 個

1k 電阻 1% - 2 個

ULN2003 達林頓對晶體管

100uF 50V電容

一個實用的推挽式轉換器電路圖

原理圖非常簡單。 我們來分析一下連接，ULN2003是達林頓對晶體管陣列。 該晶體管陣列非常有用，因為芯片組內部提供續流二極管，并且它不需要任何額外的組件，從而避免了面包板上任何額外的復雜布線。 對于同步驅動器，我們使用了一個簡單的 RC 定時器，它將同步打開和關閉晶體管，從而在電感器上產生推挽效應。

四、實用推挽式轉換器工作原理

電路的工作很簡單。 讓我們移除達林頓對并使用兩個晶體管 Q1 和 Q2 使電路變得簡單。

推挽式轉換器工作原理

RC 網絡與 Q1 和 Q2 的基極交叉連接，它們使用稱為再生反饋的反饋技術打開備用晶體管。

當我們將電壓施加到變壓器的中心抽頭（兩個電感之間的公共連接處）時，電流將流過變壓器。 根據極性的磁通密度和飽和度，負極或正極，電流首先為 C1 和 R1 或 C2 和 R2 充電，而不是同時為兩者充電。

讓我們假設 C1 和 R1 首先獲得電流。 C1 和 R1 提供了一個定時器，它開啟了晶體管 Q2。 變壓器的 L2 部分將利用磁通量感應電壓。 在這種情況下，C2 和 R2 開始充電并打開 Q1。 然后變壓器的 L1 部分感應出電壓。

時序或頻率完全取決于輸入電壓、變壓器或電感器的飽和磁通、初級匝數、磁芯的橫截面積平方厘米。

f = （V in * 10 8 ） / （4 * β s * A * N）

其中 Vin 是輸入電壓，10 8是一個常數值，β s 是將反映在變壓器上的磁芯飽和磁通密度，A 是橫截面積，N 是匝數。

五、測試推挽式轉換器電路

為了測試電路，需要以下工具

兩毫米 - 一個用于檢查輸入電壓，另一個用于輸出電壓

示波器

臺式電源。

電路在面包板上構建，功率緩慢增加。 輸入電壓為 2.16V，而輸出電壓為 8.12V，幾乎是輸入電壓的四倍。

測試推挽式轉換器電路

但是，該電路沒有使用任何反饋拓撲，因此輸出電壓不是恒定的，也不是隔離的。

在示波器中觀察推挽的頻率和切換：

推挽升壓轉換器

因此，該電路現在充當輸出電壓不恒定的推挽升壓轉換器。 預計這款推挽式轉換器可以提供高達 2W 的功率，但由于缺乏反饋生成，沒有對其進行測試。

六、結論

該電路是推挽式轉換器的一種簡單形式。 但是，始終建議使用適當的推挽式驅動器 IC 來獲得所需的輸出。 該電路可以以隔離或非隔離的方式構建，推挽轉換中的任何拓撲都可以構建。

下面的電路是受控推挽式直流到直流轉換器的適當電路。 它是一款使用 LT3999 的 1:1 推挽式轉換器，適用于模擬設備 。

推挽轉換器

審核編輯：湯梓紅