沃虎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（NP1、NP2）和次级绕组（NS1、NS2），初、次级绕组均带中心抽头，且 NP1与 NP2匝数相等、NS1与 NS2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（UO）；

控制核心：脉宽调制器（PWM），产生两路相位差 180° 的控制信号（UA、UB），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 UA与 UB呈交替互补关系：UA 为高电平时 UB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 UA为高电平时，VT1导通、VT2截止，电流路径如图 2 所示：

输入电压（UI）施加于初级绕组 NP1两端，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 NP2及次级绕组 NS1、NS2的感应电压极性均为上 “-” 下 “+”，此时 VD1截止、VD2导通；

次级绕组 NS2的感应电压（US2）作用于滤波电感 L 左端，形成线性增长的次级电流（IS2，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 “-”；

IS2一方面为滤波电容 C 充电（充电电流 I1），另一方面为负载 RL提供输出电流（IO），满足 IS2= I1+ IO。

VT2导通（VT1截止）状态

当 UB为高电平时，VT2导通、VT1截止，电流路径如图 3 所示：

输入电压（UI）施加于初级绕组 NP2两端，初级电流（IP2）线性增长，NP2感应电动势极性为上 “+” 下 “-”；

依据电磁感应原理，初级绕组 NP1及次级绕组 NS1、NS2的感应电压极性均为上 “+” 下 “-”，此时 VD1导通、VD2截止；

次级绕组 NS1的感应电压（US1）作用于滤波电感 L 左端，形成线性增长的次级电流（IS1，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 “-”；

IS1一方面为滤波电容 C 充电（充电电流 I2），另一方面为负载 RL提供输出电流（IO），满足 IS1= I2+ IO。

死区时间设计

当 PWM 控制信号占空比（D）＜50% 时，会出现 UA与 UB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，UA与 UB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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​审核编辑 黄宇