全橋變換器原理及設計PPT課件

1、2021/3/91全橋變換器的原理與設計2021/3/92主要內(nèi)容v1 全橋、PS-PWM控制概念v2 PS-FB ZVS-PWM DC/DC變換器工作原理v3 移相全橋ZVS PWM 直流變換器關鍵問題v4 主電路參數(shù)設計v5小信號模型建立方法2021/3/931 全橋、PS-PWM控制概念之一單管、雙管、四管（電壓電流定額相同）變換器輸出功率比較0TonTsTs/2tVin/20TonTsTs/2tVin/20TonTsTs/2tVinQ1Q2Q3Q4D1D3D2D4VinABC2Q1Q2D1C1D2VinABVin/2Vin/2Q1D1Vin/2BAVo=DVin/4Vo=DVin/2V

2、o=DVinD=2Ton/Ts2021/3/941 全橋、PS-PWM控制概念之一v功率開關管的電壓和電流定額相同時，變換器的輸出功率通常與所用功率開關管數(shù)成正比，即雙管隔離型直流變換器的輸出功率為單管的兩倍，為四管全橋變換器的一半。v推薦應用于在中大功率的一次電源中。vQ1&D1Q4&D4構成兩個橋臂， D是占空比：圖1.1 DC/DC全橋變換器及其基本工作波形/2onsTDT2021/3/951 全橋、PS-PWM控制概念之二vPWM(脈沖寬度調(diào)制Pulse Width Modulation)：保持Ts不變，改變Ton調(diào)控輸出。vPFM(脈沖頻率調(diào)制Pulse Freque

3、ncy Modulation):保持Ton 不變，改變Ts 調(diào)控輸出。v實際廣泛采用PWM，因為定頻PWM開關時：輸出電壓中的諧波頻率固定，濾波器設計容易，開關過程所產(chǎn)生的電磁干擾易控制；控制系統(tǒng)易實現(xiàn)。v移相控制方式：一個橋臂的兩個開關管的驅動信號180度互補導通且中間有死區(qū)，兩個橋臂的導通角相差一個相位，即移相角。通過調(diào)節(jié)移相角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓。2021/3/962 PS-FB ZVS-PWM DC/DC變換器工作過程vC1C4開關管外并電容或寄生電容vLr串聯(lián)電感或變壓器漏感vCb隔直電容，隔直電壓一般為電源電壓的10%圖2.1 PS-FB ZVS-PWM DC/DC變換器原理圖20

4、21/3/97工作過程(續(xù))2021/3/98工作過程(續(xù))2021/3/99工作過程(續(xù))2021/3/910工作過程(續(xù))2021/3/911工作過程(續(xù))2021/3/9123 PS-FB ZVS-PWM變換器一些問題3.1兩橋臂實現(xiàn)ZVS的差異v要實現(xiàn)ZVS開通，必須要有足夠的能量來抽走將要開通的開關管并聯(lián)電容上的電荷，并給同一橋臂將要關斷開關管并聯(lián)電容充電。v超前臂：輸出濾波電感Lf與諧振電感Lr是串聯(lián)的，用來實現(xiàn)ZVS的能量是Lf與Lr中能量之和。-較易v滯后臂：變壓器副邊是短路的，用來實現(xiàn)ZVS的能量只是諧振電感Lr中的能量。-較難2021/3/9133.2副邊占空比丟失v副邊占

5、空比丟失是PS-ZVS-PWM變換器中的一個特有現(xiàn)象：副邊占空比Dsec小于原邊占空比D，其差即是占空比損失Dloss。圖中陰影部分即是副邊丟失的電壓方波。v由Dloss計算式可知：Lr越大， Dloss越大；Vin越低， Dloss越大。vDloss的產(chǎn)生使得Dsec減小，為了在副邊得到要求的電壓，就要減小變壓器匝比。而K的減小帶來兩個問題：原邊電流增加，開關管峰值電流增加，通態(tài)損耗增加；副邊整流管耐壓增加。2inin441rrrfLLLlossooKV TKV TK LDIDI2021/3/9143.3整流二極管的換流v全橋整流優(yōu)點：反向電壓低(Vsec)缺點：成本高，壓降大v全波整流優(yōu)點

6、：成本低，壓降小缺點：反向電壓高(2Vsec)圖3.1 副邊整流二極管換流波形2021/3/9153.4輸出整流管的寄生振蕩v整流橋的寄生振蕩產(chǎn)生于變壓器的漏感Lr與變壓器繞組電容和整流管的結電容之間。v減小副邊寄生振蕩:RC、RCD緩沖電路原邊側加二極管箝位緩沖電路等2021/3/9164主電路參數(shù)設計v下面分別給出PWM控制和ZVS PWM控制全橋電路的主要參數(shù)設計過程。 2021/3/9175小信號模型建立方法v全橋變換器可以等效成BUCK變換器(忽略變壓器漏感)v全橋開關管周期是等效BUCK變換器開關周期的一半。vD是指全橋變換器半個周期輸出電壓的占空比圖5.1 2021/3/9185.1 BUCK變換器建模圖5.2 Buck變換器2021/3/9195.2全橋小信號模型vd是半個周期輸出電壓占空比v其中Rds是考慮開關導通電阻和占空比損失時的等效阻抗圖5.3 全橋小信號模型建立小信號模