用三角波控制開關(guān)電源開關(guān)晶體管工作方法的研究

徐敏，程立松

（上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西上饒 334109）

用三角波控制開關(guān)電源開關(guān)晶體管工作方法的研究

徐敏，程立松

（上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西上饒 334109）

采用三角波控制開關(guān)電源開關(guān)晶體管，克服了PWM控制方法存在的控制脈沖死區(qū)設(shè)定和調(diào)節(jié)的困難，解決了推挽式變換器、半橋式變換器及全橋式變換器存在開關(guān)晶體管共態(tài)導(dǎo)通的問題，既提高了開關(guān)電源的可靠性，又便于調(diào)試。

開關(guān)電源；開關(guān)晶體管；三角波；控制方法

1 引言

隨著開關(guān)電源的使用率不斷提高，對于中、大功率的開關(guān)電源的可靠性要求越來越高，由于開關(guān)電源開關(guān)晶體管是工作在高壓開關(guān)狀態(tài)，其可靠性決定了開關(guān)電源的可靠性。目前電源變換器電路大多采用推挽式、半橋式和全橋式。三種變換器工作原理的共同點(diǎn)是：在一個對稱矩形波控制下，電源變換器中的兩只或兩對開關(guān)晶體管交替導(dǎo)通（飽和）或截止，完成高壓斬波功能。

由于晶體管在矩形脈沖的控制下，存在一定的開通時間和關(guān)斷時間，而關(guān)斷時間比開啟時間要長得多，影響了開關(guān)頻率的提高，更加嚴(yán)重的是會出現(xiàn)開關(guān)晶體管共態(tài)導(dǎo)通而產(chǎn)生輸入高壓短路，損壞開關(guān)晶體管和其它元器件。在目前采用的PWM控制技術(shù)中，克服共態(tài)導(dǎo)通的方法是在控制脈沖在正負(fù)交替處設(shè)置一定的死區(qū)時間（共同截止時間），其時間必須大于晶體管的最長關(guān)斷時間，但由于電源外部環(huán)境的變化及強(qiáng)干擾的作用下，共態(tài)導(dǎo)通問題仍是影響開關(guān)電源可靠性的主要因素。

解決開關(guān)電源共態(tài)導(dǎo)通問題，就必須減小晶體管的關(guān)斷時間，在方波的控制下無法完成，其原因是晶體管只在深度飽和與截止兩個狀態(tài)下工作，特別是從飽和到截止沒有經(jīng)過放大區(qū)，存儲的電荷消散慢。如果采用三角波（或梯形波）控制開關(guān)晶體管，晶體管飽和到截止?fàn)顟B(tài)必須經(jīng)過放大區(qū)，加速了存儲電荷的泄放，大大縮短了晶體管的關(guān)斷時間。

2 三角波（梯形波）控制法

以半橋變換器為例：

圖1 基本半橋變換器電路原理圖

圖2 控制信號三角波

圖2為控制信號三角波，設(shè)晶體管的飽和和導(dǎo)通的輸入電壓值為UZ，用D5、D6穩(wěn)壓管進(jìn)行限幅，其限幅電壓值略大于UZ，以防止晶體管發(fā)射結(jié)擊穿。

控制U1正半周、負(fù)半周分別對晶體管V1、V2進(jìn)行控制。以U1的正半周控制晶體管V1為例，當(dāng)晶體管為硅開關(guān)晶體管時，其導(dǎo)通電壓為0.5V。控制信號在0～0.5V時，晶體管V1進(jìn)入正偏狀態(tài)，V2反偏截止，當(dāng)U1＞0.5V時，晶體管V1開始導(dǎo)通，其集電極電流隨著U1的上升而增大，U1＝U2時，晶體管V1進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，集電極電流維持一定值，為圖中t1時間，控制信號為t2時間，控制信號開始下降，晶體管V1從深度飽和向放大區(qū)變化，直到截止。負(fù)半周時晶體管V2導(dǎo)通，V1截止，工作過程同上。由于晶體管從飽和經(jīng)過放大區(qū)進(jìn)入截止區(qū)，大大縮短了晶體管的關(guān)斷時間，克服了兩只晶體管共態(tài)導(dǎo)通的發(fā)生。

圖3 晶體管的V1、V2的Ube、ic的梯形波形

晶體管V1、V2的基極電壓和集電極電流如圖3所示。

輸出電壓穩(wěn)壓控制：當(dāng)負(fù)載加重或輸入電壓變低時，輸出電壓變低，通過電壓取樣來控制三角波信號幅度上升，如圖2所示的U2，晶體管導(dǎo)通時間增多，梯形波上部變寬，使輸出電壓上升；反之，當(dāng)輸出電壓變高時，控制三角波信號的幅度下降，達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的目的。

3 小結(jié)

三角波（梯形波）控制的優(yōu)點(diǎn)是開關(guān)晶體管從飽和到截止的速度快，可以提高開關(guān)頻率，控制電路簡單，調(diào)試維修方便等。其缺點(diǎn)是當(dāng)輸出功率較小時，電源的轉(zhuǎn)換效率不高，適用于負(fù)載比較穩(wěn)定的場所，如圖2所示0.6時，θ角越大，其電源的轉(zhuǎn)換效率就越高，一般地，θ的值為60°≤θ≤80°。

Study on Triangle Wave Controlling Power Switch of Transistors

Xu Min，Cheng Lisong
（Shangrao Vocational and Technical College，Shangrao，Jiangxi，334109）

The paper introduces the adoption of triangle wave in controlling power switch to control transistors，which overcomes the problems of blind areas in control pulse of PWM control method.Moreover，the method helps remove the problem of switch transistors conduction in different converters and promote the reliability of power switch.The method is easy to debug.

power switch；switch transistor；triangle wave；controlling method

TN32

B

1009－9522（2014）01－0014－02

2013－10－23

徐敏，上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。