第一章 半桥式开关电源的优缺点

反激式正激式推挽式半桥式全桥式开关电源优缺点反激式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构，其工作原理是利用电感储能和电容滤波器来实现电压变换。

以下是反激式、正激式、推挽式、半桥式和全桥式开关电源的优缺点分析。

1.反激式开关电源：优点：-体积小，结构简单，成本较低。

-输出电流大，适用于一些高功率应用。

-效率较高，在负载率低时仍能提供稳定的输出电压。

缺点：-输出电压稳定性较差，容易受到输入电压波动的影响。

-输入电流波形不纯净，含有较高的谐波成分。

-输出电流变化较大时容易产生振荡和噪音。

2.正激式开关电源：优点：-输出电压稳定性较好，能够提供较为纯净的输出电流。

-输出电流较大，适用于一些高负载应用。

-效率较高，在大部分负载条件下都能保持较高的效率。

缺点：-体积较大，结构相对复杂。

-成本较高。

-在负载率低时效率较低。

3.推挽式开关电源：优点：-输出频率较高，适用于一些高频应用。

-输出电压稳定性较好。

-体积相对较小，结构简单。

缺点：-输出电流相对较小。

-效率较低，在大负载条件下会有较大的功率损耗。

-容易受到电容和电感等元器件的损耗影响，导致输出电压不稳定。

4.半桥式开关电源：优点：-输出电压稳定性较好。

-输出电流较大。

-效率较高。

-结构简单，成本相对较低。

缺点：-输入电流波形较复杂，含有较高的谐波成分。

-输出电流较小负载时容易出现振荡。

-适用负载范围较窄。

5.全桥式开关电源：优点：-输出电压稳定性较好。

-输出电流较大。

-效率较高。

-结构简单，成本相对较低。

缺点：-输入电流波形较复杂，含有较高的谐波成分。

-输出电流较小负载时容易出现振荡。

-适用负载范围较窄。

总结：根据以上分析，不同的开关电源拓扑在不同应用场景中具有不同的优缺点。

在选择开关电源时，应根据具体应用需求，综合考虑输出电压稳定性、输出电流、效率、结构复杂性、成本等因素，选择最适合的拓扑结构。

XXXX学院毕业设计（论文）半桥开关电源Half bridge switch power性名： XXX 学号： XXX系别：物理与电子信息工程系专业：电气工程及其自动化年级： XX 指导教师： XXXXX 年XX 月 XX 日摘要开关电源是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，其质量的优劣直接影响子设备性能，其体积的大小也直接影响到电子设备整体的体积。

本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了15W（15V、1A）半桥开关电源。

整个系统包括主电路、控制电路和驱动电路三部分内容。

系统主电路包括单相输入整流、半桥式逆变、高频交流输出、输出整流、输出滤波几部分。

控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。

论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计及实验过程，包括元器件的选取以及参数计算。

本设计中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525A、光电耦合芯片PC817和半桥驱动芯片IR2110。

设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。

关键词：开关电源；IR2110；SG3525；高频变压器；MOSFETAbstractSwitching mode power supply(SMPS) is a significant part of the power electronics, which effects the performance and volume of the electronic equipment. The scheme has made a plan of designs based on the task of design, designed corresponding hardware circuit and developed 15W(15V、1A) half-bridge Switch power supply, it also can display voltage .The system included three parts: the main circuit part, the control circuit part and driving circuit. Andthe main circuit part consisted of one-phase input rectification, half-bridge in version, high-frequency a.c.output and output rectification. The control circuit involved two parts: One is the circuit brings the pulse controls the swiches in main circuit, and the other is the protect circuit. And then detailedly recommended the designs of main circuit, control circuit and driving circuit, including selected components and calculated parameter. The CMOS chip that is applied in the design is、PWM Controller SG3525、optical coupler CircuitPC817、half bridge drive chipIR2110. The controlled feature of PWM ControllerSG3525A is fully utilized in the process of design, which has wide adjustable operating frequency and dead time, input under voltage lock function and twin channel output current.Key words：Switch power supply；SG3525A；High-frequency transformer；Mosfet摘要 (I)Abstract (I)1.引言 (1)1.1开关电源技术的发展概况 (1)1.2 开关电源的发展方向 (1)1.3 开关电源的基本概念 (1)1.4开关电源的分类 (1)1.5 开关电源的技术要点 (2)2.系统的整体方案分析与选择 (2)2.1 整个课题的设计思路 (2)2.2 各个部分的工作原理和功能 (2)3. 开关电源的主回路设计 (4)3.1主电路结构 (4)3.1电源的设计要求 (5)（1）输出电压:额定工作电压15V； (5)3.2输入整流回路的电路设计 (5)3.3 DC-AC逆变回路的设计 (6)3.4高频变压器设计 (10)3.5 输出整流回路的设计 (13)4. MOSFET驱动电路的设计 (14)4.1 MOSFET对驱动电路通常要求 (14)（1）触发脉冲具有足够快的上升和下降速度； (14)4.2半桥驱动芯片IR2110及其工作过程 (15)4.3半桥驱动电路器件参数选择 (17)4.4 IR2110 1脚7脚波形如图（4-4） (18)5. 开关电源控制电路的设计 (18)5.1 控制芯片SG3525内部逻辑电路结构 (19)5.2 内部逻辑电路结构分析 (19)5.3 SG3525的特点 (21)5.4 芯片管脚及其功能介绍 (21)5.5 SG3525波形 (22)5.6 反馈电路原理的设计 (24)6.辅助电源 (26)6.1辅助电源设计 (26)7.硬件调试 (26)7.1 辅助电源的调试 (26)7.2 控制电路调试 (27)7.3 驱动电路调试 (27)7.4 主电路的调试 (27)结束语 (27)参考文献 (28)附录： (29)致谢 (31)1.引言开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。

半桥与全桥的优缺点比较半桥式开关电源输出功率很大，工作效率很高，半桥式开关电源与推挽式开关电源一样，由两个开关管轮流交替工作，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的两倍，因此，半桥式开关电源的输出功率很大，工作效率很高，经桥式整流后，输出电压的电压脉动和电流脉动系数都很小，仅需要很小的滤波电感和电容，其输出电压纹波和电流纹波就可以达到非常小。

相较于推挽式，半桥式还有一个最大的优点，那就是对两个开关器件的耐压要求比推挽式耐压要求可以降低一半，这是因为半桥式开关电源两个开关器件的工作电压只有输入电源的一半，其最高耐压等于工作电压与反电动势之和，大约是电源的两倍，这个结果正好是推挽式开关电源两个开关器件耐压的一半，因此半桥式开关电源主要用于输入电压较高的场合，一半电网电压为交流220V的大功率开关电源大部分都采用半桥式结构。

半桥式开关电源的缺点主要是对电源的利用率比较低，也就是我们所说的PF值比较低，因此在输入电压较低的场合，半桥式电源就不适合，另外还有一个缺点就是半桥式电源中的两个开关管不是共地的，所以和开关管和驱动信号连接上比较麻烦。

半桥式电源还会出现半导通区，损耗大。

当两个控制开关处于交替工作的状态时，两个开关器件会同时出现一个很短时间的半导通区域，也就是两个开关同时处于导通状态。

这是因为开关器件在开始导通的时候，相当于对电容充电，它从截止状态到完全导通状态需要一个过渡过程；而开关器件从导通到截止过程，相当于对电容进行放电，它从导通到截止也需要一个放电过程。

当这两个器件同时处于这个过程中时，就会出现半导通区，相当于两个开关管同时开启，就会造成电源电压产生短路；此时开关串联回路会出现很大的电流，而这个电流没有经过变压器，就会导致开关管产生很大的功率损耗，所以为了避免这种情况，我们一般使用一些小技巧来将接通和截止时间错开一小段。

全桥式开关电源的输出功率也很大，工作效率很高，对于全桥式电源，我们可以简单的看做有两个半桥式构成，所以它具有半桥式的所有特点：对开关管的耐压值要求特别低，适合用于输入电压高的场合，不适合使用于输出电压低的场合；对电源的利用率低，功率损耗比较大等等；和半桥式不同的是它是由四个开关管组成，所以我们可以将其中两个管的作用看成半桥式的一个管；当然全桥式也会存在半导通区，所以我们也要将其避开。

半桥电路与全桥电路的优缺点比较成员：田寿龙、刘刚、刘鹏、蒋飞、区敏聪、李晓玲报告人：李晓玲半桥逆变式功率转换主电路的形式如下图所示：通过时序电路分析两个开关管交替通断时的开关管耐压和变压器原边电压，可知开关管所需耐压为V dc，变压器原边电压为±1/2V dc。

工作波形如下：全桥逆变功率转换主电路与板桥电路的区别就是，用另外两个同样的开关管代替两只电容，即由4只开关管组成逆变开关电路，同样分析时序电路，可得开关管所需耐压为V dc，变压器原边电压为±V dc。

如下图所示：了解了两种电路的特性和工作原理，就可以比较其优缺点了。

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。

说到抗不平衡能力，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C b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C b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。

半桥电源与全桥电源的区别全桥、半桥拓扑在逆变器中广泛应用，现对其拓扑作分析，得出各自的优缺点。

半桥逆变拓扑结构两个开关管交替通断时的开关管耐压和变压器原边电压，可知开关管所需耐压为Vdc ，变压器原边电压为± 1/2Vdc 。

全桥逆变功率转换主电路与半桥电路的区别就是，用另外两个同样的开关管代替两只电容，即由 4 只开关管组成逆变开关电路，同样分析时序电路，可得开关管所需耐压为Vdc ，变压器原边电压为± Vdc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。

看电压或电流波形的好坏，工程师通常会用其幅值、平均值、有效值、一次谐波等参量互相进行比较，其中幅值和平均值最为直观，因此，电压或电流的幅值与其平均值之比被称为脉动系数S，也有人用电压或电流的有效值与其平均值之比，则称为波形系数K。

小编在本文中就将盘点开关电源拓扑结构的优缺点，让它们尽在你的掌握之中。

首先先列出电压和电流的脉动系数Sv、Si以及波形系数Kv、Ki的表示：Sv=Up/Ua——电压脉动系数 (1)Si=Im/Ia——电流脉动系数 (2)Kv=Ud/Ua——电压波形系数 (3)Ki=Id/Ia——电流波形系数 (4)上面4式中，Sv、Si、Kv、Ki分别表示：电压和电流的脉动系数S，和电压和电流的波形系数K，在一般可以分清楚的情况下一般都只写字母大写S或K。

脉动系数S和波形系数K都是表征电压或者电流好坏的指标，S和K的值，显然是越小越好。

S和K的值越小，表示输出电压和电流越稳定，电压和电流的纹波也越小。

反激式开关电源的优点和缺点：(1)反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差反激式开关电源在控制开关接通期间不向负载提供功率输出，仅在控制开关关断期间才把存储能量转化为反电动势向负载提供输出，但控制开关的占空比为0.5时，变压器次级线圈输出的电压的平均值约等于电压最大值的的二分之一，而流过负载的电流正好等于变压器次级线圈最大电流的四分之一。

即电压脉动系数等于2，电流脉动系数等于4。

反激式开关电源的电压脉动系数，和正激式开关电源的脉动系数基本相同，但是电流的脉动系数是正激式开关电源的电流脉动系数的两倍。

由此可知，反激式开关电源的电压和电流的输出特性要比正激式开关电源的差。

特别是，反激式开关电源使用的时候，为了防止电源开关管过压击，起占空比一般都小于0.5，此时，流过变压器次级线圈的电流会出现断续，电压和电流的脉动系数都会增加，其电压和电流的输出特性将会变得更差。

(2)反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差由于反激式开关电源仅在开关关断期间才向负载提供能量输出，当负载电流出现变化时，开关电源不能立即对输出电压或电流产生反应，而需要等到下一个周期，通过输出电压取样和调宽控制电路的作用，开关电源才开始对已经过去了的事情进行反应，即改变占空比，因此，反激式开关电源的瞬态控制特性相对来说比较差。

开关电源全桥和半桥工作原理和区别开关电源，听起来就很高大上吧？其实它的核心原理并不复杂，就像小朋友玩积木，简单易懂又有趣。

今天咱们就聊聊全桥和半桥这两种开关电源的工作原理和它们之间的区别。

别担心，我会把它讲得轻松又有趣，保证你听完后不再觉得这些专业术语像外星人说的。

首先说说半桥。

想象一下你在游乐园，坐上了过山车，一开始你慢慢上升，心里那个紧张啊，等到达顶点，哇，感觉真是刺激！这半桥的工作原理就像这样的过山车。

它有两个开关，在电流的控制下，电流在两个开关之间交替流动，简直像过山车一样忽上忽下。

这样做的好处是，电源能够高效地把直流电转换成高频交流电，能量损耗少，效率高，就像在游乐园省了排队的时间，爽快得很！不过，半桥也有点小缺陷，不能提供太高的输出功率。

就像过山车有个最大载重，超过了就不让上。

这时候，如果你需要更大的输出功率，比如说给一个大马达供电，半桥就显得有些力不从心了。

再加上，半桥的电压波动也比较大，有时候会让人心里发毛，哎呀，这玩意儿不会出什么岔子吧？说完半桥，咱们再来聊聊全桥。

全桥就像是升级版的过山车，有四个开关，听起来就厉害了，瞬间多了两条轨道。

全桥能把电流进行更加灵活的控制，让电流的输出更平稳、更强劲。

就像在游乐园里，有了更多的轨道，能同时让更多的人享受刺激的感觉。

全桥不仅能提供高功率输出，还能让你感受到电流的灵活变换，真是太让人惊喜了！而且全桥的电压波动相比半桥要小得多，像是在保证过山车安全的同时，让你尽情尖叫。

电源的稳定性也很不错，这样一来，设备运行得更安心，谁不喜欢这种感觉呢？而且全桥的结构稍微复杂点，需要的元件更多，但这也给了它更强的能力，像是一个全副武装的骑士，勇敢地迎接各种挑战。

世上没有十全十美的东西，全桥虽然牛，但成本也相对高一点。

就像游乐园里，刺激的项目票价可能更贵一些。

制造全桥电源的时候，需要更复杂的电路设计和材料，偶尔让预算变得紧张。

不过呢，物有所值，毕竟高效能、稳定性和强大的输出功率，谁不愿意为这些付出点钱呢？再说说应用场景。

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。

半桥式开关电源设计摘要随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广,电子设备的种类也越来越多,电子设备与我们的工作、生活的关系日益密切。

近年来,随着功率电子器件(如IGBT、MOSFET)、PWM技术以及电源理论的快速发展,新一代的电源电路开始逐步取代传统的电源电路。

该电源电路具有体积小，控制灵活方便，输出特性好、纹波小、负载调整率高等显著优点。

由于开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，因此在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。

开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激式和单端反激式等形式。

本论文采用双端驱动集成电路——TL494输的PWM脉冲控制器设计音响设备供电电源，利用BJT管作为开关管，可以提高电源变压器的工作效率，有利于抑制脉冲干扰，同时还可以减小电源变压器的体积。

关键词：TL494，PWM，半桥式电路，开关电源Design of Half Bridge Switching Power SupplyABSTRACTWith the rapid development of electronic technology, electronic systems, more and more extensive applications, the types of electronic equipment, more and more electronic equipment and people work and live closer and closer. In recent years, with the power electronic devices (such as IGBT, MOSFET), PWM switching power supply technology and development of the theory, a new generation of power began to gradually replace the traditional power supply circuits. The circuit is small, flexible to control the output characteristics of a good, ripple, load adjustment rate and so on.Switching power supply in the power adjustment control work in the off state, with low power consumption, high efficiency, wide voltage range, low temperature rise, and other outstanding advantages of small size, the communication equipment, CNC equipment, Instrumentation, video audio, home appliances so widely used in electronic circuits. High frequency converter switching power supply so many forms of commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, single-ended forward and the form of single-ended flyback. In this thesis, two-side driver IC - TL494 PWM pulse output of the controller design car audio power supply in use as a switch MOSFET, can improve the efficiency of the power transformer, is conducive to impulse noise suppression, but also can reduce the size of the power transformer.KEY WORDS:TL494, PWM, Half bridge circuit, Switching power目录前言 (1)第1章开关电源基础技术 (2)1.1 开关电源概述 (2)1.1.1 开关电源的工作原理 (2)1.1.2 开关电源的构成 (3)1.1.3 开关电源的特点 (4)1.2 开关电源典型结构 (4)1.2.1 串联开关电源结构 (4)1.2.2并联开关电源结构 (5)1.2.3 正激式结构 (6)1.2.4 反激式结构 (7)1.2.5 半桥型结构 (8)1.2.6 全桥型结构 (9)1.3 开关电源的技术指标 (10)第2章半桥变换电路 (12)2.1 半桥变换电路工作原理 (12)2.2 半桥变换电路的应用 (13)2.3 半桥变换电路中应注意的问题 (14)2.3.1 偏磁问题 (15)2.3.2 用作桥臂的两个电容选用问题 (15)2.3.3直通问题 (16)2.3.4 半桥电路的驱动问题 (17)2.4 双极结型晶体管 (17)2.4.1结构和定义 (17)2.4.2 三极管的特性曲线 (19)第3章脉宽调制芯片TL494应用分析 (23)3.1 TL494管脚图 (23)3.2 TL494内部电路介绍 (23)3.3 TL494管脚功能及参数 (24)3.4 TL494脉宽调压原理 (26)第4章TL494在DC-DC变换中的应用 (28)4.1 音响设备电源简述 (28)4.2音响供电电路分析 (28)第5章PCB设计制作 (31)5.1 PCB的设计制作步骤 (31)5.2 注意事项 (33)5.2.1 特殊元件的布局 (33)5.2.2布线处理 (34)结论 (35)谢辞 (36)参考文献 (37)附录 (39)外文资料翻译 (40)前言电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。