推挽式变换器的工作原理

推挽式 DC/DC 变换器，简称推挽式变换器（Push-pull Converter），是利用两只功率开关管交替开断，实现 DC/DC 转换的电力电子装置，可看作两个单管正激式 DC/DC 变换器的组合，其输出整流、滤波电路与正激式 DC/DC 变换器基本一致。
沃虎电子科技深耕通信电子领域九年，推出推挽式转换器解决方案，紧凑型推挽式变压器，以毫米级尺寸重构电源隔离方案，包含多种封装形式，如WHST06E、WHST060、WHST06D、WHST06L等。
推挽式 DC/DC 变换器的拓扑结构

推挽式 DC/DC 变换器的拓扑结构如图 1 所示，各核心部件及参数定义如下：

高频推挽式变压器（T）：
含初级绕组（N_P1、N_P2）和次级绕组（N_S1、N_S2），初、次级绕组均带中心抽头，且 N_P1与 N_P2 匝数相等、N_S1 与 N_S2 匝数相等，初、次级绕组极性一致，同名端位置如图中标注；
功率开关管（VT₁、VT₂）：
一般用三极管或MOS管实现电路通断控制；
输出整流二极管（VD₁、VD₂）：
整流次级感应电压，统一电流方向；
输出滤波组件：
滤波电感（L）、滤波电容（C），用于稳定输出电压与电流，防止突变；
负载与输出：
外部负载电阻（R）、直流输出电压（U_O）；
控制核心：
脉宽调制器（PWM），产生两路相位差 180° 的控制信号（U_A、U_B），驱动 VT₁ 与 VT₂ 交替工作，PWM占空比理论上小于50%生成死区。

推挽式 DC/DC 变换器的工作原理

脉宽调制器（PWM）输出的控制信号 U_A 与 U_B 呈交替互补关系：UA 为高电平时 U_B 为低电平，反之亦然。功率开关管VT₁、VT₂ 在 PWM 信号控制下交替导通与关断（等效于高速通断的机械开关）；为便于分析，下文以开关 S₁、S₂ 的通断状态分别对应 VT₁、VT₂ 的导通与关断。

VT₁ 导通（VT₂ 截止）状态

当 U_A 为高电平时，VT₁ 导通、VT₂ 截止，电流路径如图 2 所示：

输入电压（U_I）施加于初级绕组 N_P1两端，初级电流（IP1）线性增长，NP1 感应电动势极性为上 “-” 下 “+”；
依据电磁感应原理，初级绕组 N_P2及次级绕组 N_S1、N_S2 的感应电压极性均为上 “-” 下 “+”，此时 VD₁ 截止、VD₂ 导通；
次级绕组 N_S2的感应电压（U_S2）作用于滤波电感 L 左端，形成线性增长的次级电流（I_S2，即 VD₂ 正向电流），电感 L 储存能量增加，其感应电动势极性为左 “+” 右 “-”；

I_S2 一方面为滤波电容 C 充电（充电电流 I1），另一方面为负载 R_L 提供输出电流（I_O），满足 I_S2 = I₁ + I_O。

VT₂ 导通（VT₁ 截止）状态

当 U_B 为高电平时，VT₂ 导通、VT₁ 截止，电流路径如图 3 所示：

输入电压（U_I）施加于初级绕组 N_P2两端，初级电流（I_P2）线性增长，N_P2 感应电动势极性为上 “+” 下 “-”；
依据电磁感应原理，初级绕组 N_P1及次级绕组 N_S1、N_S2 的感应电压极性均为上 “+” 下 “-”，此时 VD₁ 导通、VD₂ 截止；
次级绕组 N_S1的感应电压（U_S1）作用于滤波电感 L 左端，形成线性增长的次级电流（I_S1，即 VD₁ 正向电流），电感 L 储存能量增加，其感应电动势极性为左 “+” 右 “-”；
I_S1一方面为滤波电容 C 充电（充电电流 I₂），另一方面为负载 R_L 提供输出电流（I_O），满足 I_S1 = I₂ + I_O。

死区时间设计

当 PWM 控制信号占空比（D）＜50% 时，会出现 U_A 与 U_B 均为低电平的时间段。为避免 VT₁ 与 VT₂ 同时导通造成短路损坏，需预留死区时间（DT），通常设定为 1~3μs；且占空比 D 越小，U_A 与 U_B 均为低电平的时间段越长。

小贴示

为杜绝两只功率开关管同时导通的风险，脉宽调制器（PWM）输出的两路控制信号占空比（D）必须严格小于 50%。

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