半桥式电路和全桥式电路

半桥和全桥磁芯解释说明以及概述1. 引言1.1 概述:在现代电力转换领域中，桥式变换器是一种常见的拓扑结构。

在桥式变换器中，磁芯起着至关重要的作用。

磁芯材料的选择对于变换器的性能和效率具有重要影响。

本文将讨论半桥和全桥磁芯两种主要类型，并比较它们在桥式变换器中的应用、优缺点以及选择时的考虑因素。

1.2 文章结构:本文共分为五个部分。

引言部分（第一部分）将介绍文章的目的和概述。

随后，第二和第三部分将详细介绍半桥磁芯和全桥磁芯的定义、原理以及特点与应用。

接下来，第四部分将比较两种磁芯在桥式变换器中的差异与影响，并给出选择建议。

最后，结论部分（第五部分）将总结文章内容并提供进一步展望。

1.3 目的:本文旨在深入了解半桥和全桥磁芯，在描述其定义、原理以及特点与应用方面进行详尽解释。

通过对两种类型磁芯的优缺点分析和比较，我们将帮助读者更好地理解桥式变换器中磁芯选择的重要性，并提供合适的选择建议。

此外，本文还将讨论桥式变换器的工作原理和电路拓扑分析，以便读者对半桥和全桥磁芯在实际应用中的差异具有更清晰的认识。

2. 半桥磁芯2.1 定义和原理半桥磁芯是一种用于电力变换器的重要元件，用于转换电能并实现功率调节。

它由两个互补的开关管组成，常见的是MOSFET或IGBT。

这两个开关管分别被连接到能量源和输出负载之间的中点处。

当一个开关管导通时，另一个开关管会关闭。

在半桥磁芯中，输入能量通过输入电容器被存储，并通过控制其中一个开关管的导通时间来传递给输出负载。

控制导通时间可以调整输出功率。

2.2 特点和应用半桥磁芯具有以下特点：- 简单而紧凑：与全桥相比，半桥磁芯只需要两个开关管，因此结构更加简单、紧凑。

- 成本较低：由于组件数量较少，制造成本相对较低。

半桥磁芯广泛应用于各种电力变换器中，如无线充电设备、交流变直流供电适配器、马达控制等领域。

它们可以将输入直流电源转换为所需的交流输出，并且具有较高效率和良好的电路控制性能。

单相全桥和半桥无源逆变电路学生姓名: 学号: 学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计(纯电阻负载)指导教师: 职称:2011年12月31日中北大学课程设计任务书11/12 学年第一学期学院: 信息与通信工程学院专业: 自动化学生姓名: 学号: 课程设计题目: MOSFET单相桥式无源逆变电路设计(纯电阻负载) 起迄日期: 12月25日, 12月31日课程设计地点: 电气工程系实验中心指导教师:系主任:下达任务书日期: 2011年 12月 25 日课程设计任务书1(设计目的:1)培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。

2)培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3)培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4)提高学生课程设计报告撰写水平。

2(设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等): 设计内容:1、设计一个MOSFET单相桥式无源逆变电路(纯电阻负载)设计要求:1)输入直流电压:U=100V; d2)输出功率:300W;3)输出电压波形:1KHz方波。

2、设计MOSFET单相半桥无源逆变电路(纯电阻负载)设计要求:1)输入直流电压:U=100V; d2)输出功率:300W;3)输出电压波形:1KHz方波。

3(设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计说明书、图纸、实物样品等〕:设计工作任务及工作量的要求:1)根据课程设计题目，收集相关资料、设计主电路和触发电路;2)用Multisim等软件制作主电路和控制电路原理图;3)撰写课程设计报告——画出主电路、控制电路原理图，说明主电路的工作原理，完成元器件参数计算，元器件选型，说明控制电路的工作原理，用Multisim 或EWB等软件绘出主电路典型的输出波形(比较实际波形与理论波形)，绘出触发信号(驱动信号)波形，说明设计过程中遇到的问题和解决问题的方法，附参考资料。

全桥,半桥,推挽,正激,反激的优缺点比较及应用场合分析优缺点比较一、全桥式开关电源的优点和缺点1、全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高全桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两组开关器件轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。

因此，全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。

2、全桥式开关电源的优点是开关管的耐压值特别的低全桥式变压器开关电源最大的优点是，对4个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。

因为，全桥式变压器开关电源4个开关器件分成两组，工作时2个开关器件互相串联，关断时，每个开关器件所承受的电压，只有单个开关器件所承受电压的一半。

其最高耐压等于工作电压与反电动势之和的一半，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半。

3、全桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合在输入电压很高的情况下，采用全桥式变压器开关电源，其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多。

因此，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是使用全桥式变压器开关电源。

而在输入电压较低的情况下，推挽式变压器开关电源的输出功率又要比全桥式变压器开关电源的输出功率大很多。

4、全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率低一些因为2组开关器件互相串联，两个开关器件接通时总的电压降要比单个开关器件接通时的电压降大一倍；但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。

因此，全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。

5、与半桥式开关电源一样，全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。

全桥式电路和半桥电路首先，从电路图上可以很方便的看出一点明显的区别，就是开关管的数量不同。

半桥式电路的开关管数量少，成本也就相应的低。

全桥式电路有 4 只开关管，需要两组相位相反的驱动脉冲分别控制两对开关管，那就难免导致驱动电路的复杂。

半桥式电路由于只有两只管子，没有同时通断地问题，且其抗不平衡能力强，也就是说对duty 的要求不是很高，所以驱动电路相对于全桥就简单很多。

就抗不平衡能力，我们可以再看一下原理图，当半桥式电路工作在120VAC 时，电容中间的开关闭合，此时主要靠隔直电容Cb 来解决不平衡的问题。

产生磁通不平衡时，线路中会出现一个直流偏流，当这个直流偏流大到一定程度时就会出现磁通饱和，加了这个隔直电容，就可以使直流电不能通过，以达到抗不平衡的目的。

从另一个方面来说，当没有隔直电容时，会产生磁通不平衡，也就是铁心中会有剩磁出现，磁通不能恢复到零，剩磁积累到一定程度导致铁心饱和。

而加了这个电容，当变压器线圈续流能量过多时，就会给Cb 充电（C1 、C2 两端电压一定，所以可吸收的能量也一定），使多余的能量不会储存在线圈里，形成剩磁，从而解决磁通不平衡的问题。

在这个时候，全桥与半桥的工作原理就很相似。

当半桥电路工作在220VAC 状态时，就不需要隔直电容的存在了。

因为此时两个滤波电容中点的电压是浮动的，它可以自动对两边的电路进行调节，以达到平衡。

当在某一周期，电感续流给C2 充电时，能量过多，C2 两端电压就会偏高一点，本来会产生剩磁的能量就储存在电容内了，同时C1 两端电压会相应偏低一点，下一个周期C2 放电时，由于duty 不变，就不会把多余的能量全部释放掉，也就是说，C2 两端的电压仍会比正常值偏高一点，但已经没有高那么多了，接着是C1 放电，由于它的电压比正常值偏低，释放的能量也会少一些，继续使C2 两端电压降低，直至达到一个新的平衡。

简单的说就是两个电容把变压器内多余的能量自动进行分配，直至平衡，而不产生剩磁。

DC到AC有四种转换方式，分为四种结构：推挽式拓扑结构、半桥式拓扑结构、全桥式拓扑结构、高频升压逆变电路结构。

原理：利用晶闸管电路把直流电转变成交流电,这种对应于整流的逆向过程,定义为逆变。

方案一：推挽式拓扑结构推挽式逆变电路的拓朴结构如图1.1所示图1.1 推挽式逆变电路优点：推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。

缺点：是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。

方案二：半桥式拓扑结构半桥式逆变电路的拓朴结构如图1.2 所示：图1.2半桥式逆变电路优点：半桥型逆变电路结构简单，由于两只串联电容的作用，不会产生磁偏或直流分量，非常适合后级带动变压器负载，当该电路工作在工频（50 或者60H Z）时，电容必须选取较大的容量，使电路的成本上升，因此该电路主要用于高频逆变场合。

缺点：交流电压幅值只有Ud/2,并且直流侧需两电容串联，工作时要控制两电压均衡，因此半桥电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电源。

方案三：全桥式拓扑结构全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。

由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。

该缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。

另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。

方案四：高频升压逆变电路结构推挽电路和全桥电路的输出都必须加升压变压器，由于升压变压器体积大，效率低，价格也较贵，随着电力电子技术和微电子技术的发展，采用高频升压变换技术实现逆变，可实现高功率密度逆变，这种逆变电路的前级升压电路采用推挽结构，但工作频率均在２０ＫＨｚ以上，升压变压器采用高频磁芯材料，因而体积小、重量轻，高频逆变后经过高频变压器变成高频交流电，又经高频整流滤波电路得到高压直流电（一般均在３００Ｖ以上）再通过工频逆变电路实现逆变。

全桥,半桥,推挽,正激,反激的优缺点比较及应用场合分析优缺点比较一、全桥式开关电源的优点和缺点1、全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高全桥式变压器开关电源与推挽式变压器开关电源一样，由于两组开关器件轮流交替工作，相当于两个开关电源同时输出功率，其输出功率约等于单一开关电源输出功率的两倍。

因此，全桥式变压器开关电源输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流或全波整流后，其输出电压的电压脉动系数Sv和电流脉动系数Si都很小，仅需要一个很小值的储能滤波电容或储能滤波电感，就可以得到一个电压纹波和电流纹波都很小的输出电压。

2、全桥式开关电源的优点是开关管的耐压值特别的低全桥式变压器开关电源最大的优点是，对4个开关器件的耐压要求比推挽式变压器开关电源对两个开关器件的耐压要求可以降低一半。

因为，全桥式变压器开关电源4个开关器件分成两组，工作时2个开关器件互相串联，关断时，每个开关器件所承受的电压，只有单个开关器件所承受电压的一半。

其最高耐压等于工作电压与反电动势之和的一半，这个结果正好是推挽式变压器开关电源两个开关器件耐压的一半。

3、全桥式变压器开关电源主要用于输入电压比较高的场合在输入电压很高的情况下，采用全桥式变压器开关电源，其输出功率要比推挽式变压器开关电源的输出功率大很多。

因此，一般电网电压为交流220伏供电的大功率开关电源大部分都是使用全桥式变压器开关电源。

而在输入电压较低的情况下，推挽式变压器开关电源的输出功率又要比全桥式变压器开关电源的输出功率大很多。

4、全桥式变压器开关电源的电源利用率比推挽式变压器开关电源的电源利用率低一些因为2组开关器件互相串联，两个开关器件接通时总的电压降要比单个开关器件接通时的电压降大一倍；但比半桥式变压器开关电源的电源利用率高很多。

因此，全桥式变压器开关电源也可以用于工作电源电压比较低的场合。

5、与半桥式开关电源一样，全桥式变压器开关电源的变压器初级线圈只需要一个绕组，这也是它的优点，这对小功率开关电源变压器的线圈绕制多少带来一些方便。

单桥半桥全桥实验报告实验目的：1.了解单桥、半桥和全桥的基本概念和原理；2.掌握单桥、半桥和全桥在实际电路中的应用；3.熟悉实验中常用的电路元件和测试仪器的使用方法。

实验原理：单桥、半桥和全桥是指电路中使用的桥式整流电路的不同形式。

桥式整流电路主要由四个开关管和一个负载组成，通过切换开关管的导通状态，将输入的交流电转换为直流电输出。

单桥是最基本的桥式整流电路，只有两个开关管；半桥则在单桥的基础上增加了两个二极管，使得输出电压波形更接近理想的直流电；全桥是在半桥的基础上再增加了两个开关管，可以实现更高的电压和功率输出。

实验材料：1.电阻、电容、二极管等基本电路元件；2.直流电源；3.信号发生器；4.示波器等测试仪器。

实验步骤：1.单桥实验：1.1按照电路图连接电路元件，其中包括四个开关管和一个负载电阻；1.2将交流电源连接到单桥电路的输入端，设置适当的电压和频率；1.3开启示波器并连接到单桥电路的输出端，观察输出电压的波形；1.4调节示波器的触发方式和水平扫描速度，以便更清晰地观察波形。

2.半桥实验：2.1按照电路图连接电路元件，其中包括四个开关管、两个二极管和一个负载电阻；2.2将交流电源连接到半桥电路的输入端，设置适当的电压和频率；2.3开启示波器并连接到半桥电路的输出端，观察输出电压的波形；2.4调节示波器的触发方式和水平扫描速度，以便更清晰地观察波形。

3.全桥实验：3.1按照电路图连接电路元件，其中包括四个开关管、四个二极管和一个负载电阻；3.2将交流电源连接到全桥电路的输入端，设置适当的电压和频率；3.3开启示波器并连接到全桥电路的输出端，观察输出电压的波形；3.4调节示波器的触发方式和水平扫描速度，以便更清晰地观察波形。

实验结果分析：通过观察示波器上的输出电压波形，可以得出以下结论：1.单桥电路输出的电压波形明显有一定的纹波，且幅值较大；2.半桥电路输出的电压波形比单桥更接近理想的直流电，纹波明显减小；3.全桥电路输出的电压波形基本上可以忽略不计，接近理想的直流电。

UPS中的直流变换器和半桥逆变器及单相全桥逆变器的详细介绍逆变器在电路中常被使用，本文中，小编将对UPS中的逆变器予以介绍。

本文介绍内容包括直流变换器、半桥逆变器、单相全桥逆变器以及三相全桥逆变器等知识，如果你对逆变器相关内容具有兴趣，不妨在本文下述内容中进行探索哦。

一、直流变换器直流变换器是一种最简单最基本的逆变器电路，主要应用于后备式UPS 中，它分为自激式和它激式两种。

1、自激式推挽变换器图1 自激式直流推挽变换器图1（a）所示是自激式直流推挽变换器电路，所谓自激就是不用外来的触发信号，UPS就可以利用自激振荡的方式输出交流电压，其交流电压的波形为方波，如图1（b）所示的波形UN。

UN是当电源电压E为额定值时的输出情况（其中阴影部分除外）。

自激直流变换器电路主要用于对电压稳定度要求不高但不能断电的地方，如电冰箱、紧要照明用的白炽灯、高压钠灯和金属卤素灯等，供电条件差的农村居民也有不少采用了这种电路作不间断电源。

由于它的电路简单、价格便宜、可靠性高，故也很受欢迎。

该电路的工作原理如下：在时间t=t0加直流电压E，这时由于晶体管V1和V2的基极电压Ub1=Ub2=0，（1）所示二者不具备开启条件，但在它们的集电极和发射极之间却都有漏电流，如图中的I1和I2所示，且二电流在变压器绕组中的流动方向相反，由于器件的分散性，使得I1-I2=ΔI≠0，（2）这个差值电流ΔI就在绕组中产生一个磁通量，于是就在基极绕组中感应出电压Ub1和Ub2，由同名端的标志可以看出，这两个电压的极性是相反的，即一个Ub给晶体管基极加正电压，使其开通，另一个Ub给另一个晶体管基极加负压，使其进一步截止。

电路的设计正好是漏电流大的那一个晶体管基极所感应出的Ub给自己基极加正压，而漏电流小的那一个晶体管基极所加的是负压，基极加正压管子的集电极电流进一步增加，又进一步使它的基极电压增大，这样一个雪崩式的过程很快使该管（设为V1）电流达到饱和值，即V1集电极-发射极之间的压降UCE1=0，绕组N1和N2上的电压也达到了最大值UN1=UN2=E，此后由于磁芯进入饱和阶段，磁芯中磁通的变化量减小，各绕组感应的电压也相应减小，原来导通的管子由于集电极电流增大（磁芯饱和所致）和基极电流减小而脱离饱和区，使绕组感应的电压进一步减小，这样一个反变化过程使得V1雪崩式地截止而V2达到饱和，如图1（b）t1所示。

非隔离型开关电源的四种典型拓扑（实用版）目录1.非隔离型开关电源的基本概念2.非隔离型开关电源的四种典型拓扑2.1 降压型电路2.2 升压型电路2.3 极性反转型电路2.4 反激式电路2.5 正激式电路2.6 推挽式电路2.7 半桥式电路2.8 全桥式电路正文非隔离型开关电源是一种常见的电源电路，其工作原理是通过开关管的开通和截止，将输入电压转换为所需的输出电压。

非隔离型开关电源的四种典型拓扑包括降压型电路、升压型电路、极性反转型电路和反激式电路、正激式电路、推挽式电路、半桥式电路和全桥式电路。

降压型电路是一种将输入电压转换为较低输出电压的电路。

在工作过程中，当开关管导通时，输入电压可以传递到输出端；开关截止时，则被隔断。

这种脉冲状的能量传递经变换和滤波形成平滑的电压输出。

升压型电路是一种将输入电压转换为较高输出电压的电路。

在工作过程中，开关管 Q1 导通时，扼流圈 L1 储能。

这时 iluin/lt（t为扼流圈导通时间）。

设导通结束时的储能为E，则E=1/2 * iluin * t。

在开关管 Q1 截止时，储能 E 通过输出整流器进行整流，输出电压 U0=E/Cout，其中 Cout 为输出电容。

极性反转型电路是一种将输入电压的极性反转后输出的电路。

在工作过程中，开关管 Q1 和 Q2 交替导通和截止，使得输出电压的极性与输入电压相反。

反激式电路、正激式电路、推挽式电路、半桥式电路和全桥式电路都是非隔离型开关电源的一种形式转换。

反激式电路和正激式电路是通过改变开关管的接线方式来实现的，推挽式电路是通过两个开关管分别控制输入电压的正负半周期来实现的，半桥式电路和全桥式电路是通过多个开关管共同控制输入电压的正负半周期来实现的。