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摘 要： 根据推挽变换器的原理，深入分析偏磁情况的产生以及因此对电路造成的影响，列举数种抑制偏磁产生的方法，用实验结果表明方法的可行性与变换器依此运行的可靠性。
关键词： 推挽变换器；偏磁；抑制
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810181－01
0 引言
推挽变换器应用广泛，优点是电路简单，成本低，电压利用效率高，并有着较高的电压调整率。但是，推挽变换器有两个原边绕组，由于绕组参数以及工作中占空比的不对称，当输出功率大幅度上升时，很容易导致单边功率管发热，降低变换器效率，甚至导致开关管的损坏，而造成损坏的原因在于偏磁的发生。
1 偏磁的产生机理及影响
变压器正常工作时，磁芯的磁通变化一般设计在磁滞回线的线性区域，当开关管Q1导通时，磁通沿着磁滞回线上升；当Q1截止Q2导通时，磁通沿着磁滞回线下降。其上升值也下降值分别于开关管Q1导通期间Np1所施加的伏秒积和开关管Q2导通期间Np2所施加的伏秒积成正比。因此，若两个伏秒积不相等时，刺心的磁通将不能在一个周期结束后回到起点，导致偏离磁滞回线的线性区，进入饱和区。若开关管再次导通，由于进入饱和区的磁芯将失去承受电压的能力，导致开关管受到很高的电压和极大的电流，从而损坏开关管。
容易造成偏磁一般存在以下两种情况：
1）开关管导通时间不同。一般是因为开关管的个体差异或者控制电路控制策略的不同，导致每一个开关周期内两个开关管的导通时间不同，所以伏秒积也无法相等，使偏磁的情况产生。
2）导通压降不同。由于元器件的差异以及驱动电路布板不对称，会让每个导通周期中施加到变压器上的电压不对称，无法满足两个伏秒积相等的条件，同样也会导致偏磁。
2 抑制方法
1）加气隙：增大气隙的作用是使得磁滞回线的线性区域增大，一定程度上减缓变压器半绕组进入饱和区的时间，令推挽变换器不易发生偏磁而产生不期望的各种问题。但是纯粹增大气隙有其局限性，一般都是结合其它的手段同时抑制偏磁现象，单独使用的意义不强。
2）开关管匹配：通常情况下，造成两组导通伏秒积不等的因素有很多。在导通时间上，即使输出控制上波形的宽度相同，单对于双极型晶体管，集电极电压的宽度也未必相同。由于晶体管存在个体差异性，而且受温度影响较大，当其中一个伏秒积大于另一个时，该半绕组磁芯磁通磁滞回线将偏向饱和区，使得该开关管导通电流变大，从而使温度升高，令导通时间进一步增大，造成一个正反馈系统，最终该半绕组进入饱和状态。
因此，办法是使用两个特性一致的开关管，并提供相同的工作条件和散热条件。但使用上不易达到，对元器件的特性测试需要专业的仪器设备，一般情况下比较难以实现。
3）使用MOSFET管：如果将开关管换作MOSFET管，由于MOSFET管不存在导通存储时间，在两个驱动信号相同的情况下，导通时间相同。而且，MOSFET的导通压降随着温度的升高增大，因此不会出现类似双极型晶体管那样的失控状态，所以在一定条件下可以大大降低伏秒积不等的可能性。
4）增加初级绕组电阻：目的在于降低半绕组的伏秒积，在两组伏秒积不同的情况下，伏秒积大的半绕组将通过较大电流。若使该初级绕组的电阻增大，可以增大施加在该电阻上的压降，促使施加在该初级半绕组上的电压降低，从另一个方式上实现了减少伏秒积的效果。
5）使用电流模式控制方式：使用电流型的控制芯片，可以有效限制两个半绕组商店电流不平衡问题，相对于传统的电压型控制芯片，电流型控制芯片在其基础上增加了一个电流反馈内环，构成了双环控制系统，采用电流峰值控制，可以及时的检测变压器和开关管的电流，只要电流脉冲达到预设值，控制回路将减少输出脉冲占空比，及时的降低发生偏磁的可能性。
3 对比实验
采用相同的常规抑制方式，即增加变压器气隙，选用MOSFET管的相同条件下，作出两组不同控制方式的实验。分别使用电压型控制方式芯片TL494和电流型控制方式芯片UC3846对相同的推挽变换器进行控制。经过试验，发现在使用电压型控制方式，可以很好抑制伏秒积不相等造成的偏磁现象；采用电流型的控制方式，可以更加有效，及时的抑制两个半绕组电流的不均衡，以限制峰值电流的方式保障了变换器运行在正常的工作区域当中。
4 结论
文章根据磁学原理分析了推挽变换器的工作原理，并总结出偏磁的发生机理和可能对变换器造成的影响，给出了几种常规的抑制偏磁的方法，并作出对应的实验，通过实验数据并对比电压型控制方式和电流型控制方式的优缺点。证明了以上方法基本满足各种对应的设计要求，同时验证方法的可行性。
参考文献：
[1]林渭勋，现代电力电子技术[M].机械工业出版社，2006.
[2]许峰、王建强、徐殿国、柳玉秀，全桥软开关PWM变换器中变压器偏磁机理及抑制方法的研究电子器件，2002.
[3]张占松、蔡宣三，开关电源的原理与设计，电子工业出版社，1998.
[4]Keith Billings，Switchmode Power Supply Handbook.
[5]Abrabhan I.Pressman，Switching Power Supply Design.
[6]Sanjaya Maniktala，Switching Power Supplies A to Z[M].POSTS & TELECOM PRESS.
关键词： 推挽变换器；偏磁；抑制
中图分类号：TM464 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0810181－01
0 引言
推挽变换器应用广泛，优点是电路简单，成本低，电压利用效率高，并有着较高的电压调整率。但是，推挽变换器有两个原边绕组，由于绕组参数以及工作中占空比的不对称，当输出功率大幅度上升时，很容易导致单边功率管发热，降低变换器效率，甚至导致开关管的损坏，而造成损坏的原因在于偏磁的发生。
1 偏磁的产生机理及影响
变压器正常工作时，磁芯的磁通变化一般设计在磁滞回线的线性区域，当开关管Q1导通时，磁通沿着磁滞回线上升；当Q1截止Q2导通时，磁通沿着磁滞回线下降。其上升值也下降值分别于开关管Q1导通期间Np1所施加的伏秒积和开关管Q2导通期间Np2所施加的伏秒积成正比。因此，若两个伏秒积不相等时，刺心的磁通将不能在一个周期结束后回到起点，导致偏离磁滞回线的线性区，进入饱和区。若开关管再次导通，由于进入饱和区的磁芯将失去承受电压的能力，导致开关管受到很高的电压和极大的电流，从而损坏开关管。
容易造成偏磁一般存在以下两种情况：
1）开关管导通时间不同。一般是因为开关管的个体差异或者控制电路控制策略的不同，导致每一个开关周期内两个开关管的导通时间不同，所以伏秒积也无法相等，使偏磁的情况产生。
2）导通压降不同。由于元器件的差异以及驱动电路布板不对称，会让每个导通周期中施加到变压器上的电压不对称，无法满足两个伏秒积相等的条件，同样也会导致偏磁。
2 抑制方法
1）加气隙：增大气隙的作用是使得磁滞回线的线性区域增大，一定程度上减缓变压器半绕组进入饱和区的时间，令推挽变换器不易发生偏磁而产生不期望的各种问题。但是纯粹增大气隙有其局限性，一般都是结合其它的手段同时抑制偏磁现象，单独使用的意义不强。
2）开关管匹配：通常情况下，造成两组导通伏秒积不等的因素有很多。在导通时间上，即使输出控制上波形的宽度相同，单对于双极型晶体管，集电极电压的宽度也未必相同。由于晶体管存在个体差异性，而且受温度影响较大，当其中一个伏秒积大于另一个时，该半绕组磁芯磁通磁滞回线将偏向饱和区，使得该开关管导通电流变大，从而使温度升高，令导通时间进一步增大，造成一个正反馈系统，最终该半绕组进入饱和状态。
因此，办法是使用两个特性一致的开关管，并提供相同的工作条件和散热条件。但使用上不易达到，对元器件的特性测试需要专业的仪器设备，一般情况下比较难以实现。
3）使用MOSFET管：如果将开关管换作MOSFET管，由于MOSFET管不存在导通存储时间，在两个驱动信号相同的情况下，导通时间相同。而且，MOSFET的导通压降随着温度的升高增大，因此不会出现类似双极型晶体管那样的失控状态，所以在一定条件下可以大大降低伏秒积不等的可能性。
4）增加初级绕组电阻：目的在于降低半绕组的伏秒积，在两组伏秒积不同的情况下，伏秒积大的半绕组将通过较大电流。若使该初级绕组的电阻增大，可以增大施加在该电阻上的压降，促使施加在该初级半绕组上的电压降低，从另一个方式上实现了减少伏秒积的效果。
5）使用电流模式控制方式：使用电流型的控制芯片，可以有效限制两个半绕组商店电流不平衡问题，相对于传统的电压型控制芯片，电流型控制芯片在其基础上增加了一个电流反馈内环，构成了双环控制系统，采用电流峰值控制，可以及时的检测变压器和开关管的电流，只要电流脉冲达到预设值，控制回路将减少输出脉冲占空比，及时的降低发生偏磁的可能性。
3 对比实验
采用相同的常规抑制方式，即增加变压器气隙，选用MOSFET管的相同条件下，作出两组不同控制方式的实验。分别使用电压型控制方式芯片TL494和电流型控制方式芯片UC3846对相同的推挽变换器进行控制。经过试验，发现在使用电压型控制方式，可以很好抑制伏秒积不相等造成的偏磁现象；采用电流型的控制方式，可以更加有效，及时的抑制两个半绕组电流的不均衡，以限制峰值电流的方式保障了变换器运行在正常的工作区域当中。
4 结论
文章根据磁学原理分析了推挽变换器的工作原理，并总结出偏磁的发生机理和可能对变换器造成的影响，给出了几种常规的抑制偏磁的方法，并作出对应的实验，通过实验数据并对比电压型控制方式和电流型控制方式的优缺点。证明了以上方法基本满足各种对应的设计要求，同时验证方法的可行性。
参考文献：
[1]林渭勋，现代电力电子技术[M].机械工业出版社，2006.
[2]许峰、王建强、徐殿国、柳玉秀，全桥软开关PWM变换器中变压器偏磁机理及抑制方法的研究电子器件，2002.
[3]张占松、蔡宣三，开关电源的原理与设计，电子工业出版社，1998.
[4]Keith Billings，Switchmode Power Supply Handbook.
[5]Abrabhan I.Pressman，Switching Power Supply Design.
[6]Sanjaya Maniktala，Switching Power Supplies A to Z[M].POSTS & TELECOM PRESS.