不對稱半橋電路研究開題報告-new

1、不對稱半橋變換器的研究導(dǎo)師：學(xué)生：一 課題的來源目的意義，國內(nèi)外情況和預(yù)測傳統(tǒng)硬開關(guān)開關(guān)電源的發(fā)展以及遇到的問題軟開關(guān)電路的發(fā)展歷程各種軟開關(guān)電路的應(yīng)用及不對稱半橋的特點國內(nèi)外的研究情況 傳統(tǒng)硬開關(guān)變換器拋棄了50Hz工頻變壓器，使電源的重量、體積大幅度減小，提高了效率，可輸出高質(zhì)量的直流電。 由于實際需要，要求DC/DC變換器具有更小的體積、重量，這就要求DC/DC變換器工作在更高的頻率上。在硬開關(guān)工作下，隨著頻率的提高，開關(guān)管損耗成正比上升，電路效率大大降低，嚴(yán)重時，開通和關(guān)斷瞬間開關(guān)器件的狀態(tài)軌跡超出安全工作區(qū)，影響開關(guān)的可靠性，產(chǎn)生很強的電磁千擾。 最先在70年代出現(xiàn)了全諧振型變換器，

2、 此類變換器一般采用頻率調(diào)制的方法，對負(fù)載變化很敏感，諧振元件一直諧振工作，參與能量變換的全過程。 準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器出現(xiàn)在80年代中期。這是軟開關(guān)技術(shù)的一次飛躍，諧振元件只參與能量變換的某一個階段，而不是全程。它也是采用頻率調(diào)制的控制方法。 80年代末出現(xiàn)了零開關(guān)PWM變換器。 每一種基本DCIDC變換電路，都有其適用場合，適宜中功率的變換器有:雙管正激、移相全橋和半橋，采用得最多的是雙管正激和移相全橋兩種拓?fù)洹ｋp管正激是一種典型的硬開關(guān)變換電路，其優(yōu)點是線路簡單，控制方便，成本較低:其缺點是硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大，在D小于0.5下工作，輸出紋波較大，總體效率不高，EMI大，如果實

3、現(xiàn)ZCS, ZVS等，必須外加一些元器件，控制復(fù)雜，成本攀升。 移相全橋是一種典型的軟開關(guān)變換電路，其優(yōu)點有:開關(guān)管在ZVS條件下進行，開關(guān)損耗小，控制簡單，有現(xiàn)成的控制芯片(UC3875, UC3895)，恒頻工作，電壓、電流應(yīng)力小，可以用兩倍開關(guān)頻率的濾波器，EMI小;其缺點有:輕載時，滯后臂開關(guān)管的ZVS實現(xiàn)困難，原邊有較大的環(huán)流，增加導(dǎo)通損耗，輸出二極管無法實現(xiàn)零電壓開關(guān)，其開關(guān)損耗較大，頻率過高，占空比丟失嚴(yán)重，電路和驅(qū)動較為復(fù)雜。 不對稱半橋就是綜合了雙管正激原邊簡單和移相全橋副邊有利于輸出的變換器拓?fù)?，如果利用開關(guān)管的輸出電容和變壓器的漏感發(fā)生串聯(lián)諧振，使得開關(guān)管兩端電壓降到零，

4、實現(xiàn)ZVS，就可以大大提高工作頻率和輸出功率。與其它電路相比，不對稱半橋電路有電路簡單，原理清晰的特點，是比較合適的中等功率的軟開關(guān) 拓?fù)洹?目前，對不對稱半橋進行研究的國家和地區(qū)主要有美國、俄羅斯、日本、加拿大和臺灣等。在我國進行這方面研究的主要有浙江大學(xué)。國外對它研究較深入，涉及到不對稱半橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進、穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析、小信號模型、通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理等。 涉及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有變壓器二次側(cè)優(yōu)化，加飽和電感，雙變壓器，電流倍流整流器，集成變壓器，集成電感、電容和變壓器等各種形式。二預(yù)計需達到的要求、技術(shù)指標(biāo) 1.輸入48V，輸出15V，功率500W。無論是輸入電壓出現(xiàn)波動還是負(fù)載發(fā)生變化，都

5、要達到一定的電壓穩(wěn)態(tài)精度，靜態(tài)時一般為2%。 2正常工作條件下能實現(xiàn)軟開關(guān)運行。 3具有短路、過載、過電壓、欠電壓等保護功能。 技術(shù)方案 在普通半橋電路中，上下橋臂開關(guān)信號是對稱的，靠占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓，一般情況下占空比不可能是0.5，這樣兩開關(guān)開通信號有一個比較大的間隙，在此期間變壓器原邊的電流為零，漏感能量消耗在緩沖電路上，由于兩開關(guān)管工作不能銜接很難實現(xiàn)軟開關(guān) 不對稱半橋中，兩個主開關(guān)管上加的不是對稱的驅(qū)動信號，而是互補驅(qū)動信號，即一個占空比為D和一個占空比為1-D的驅(qū)動信號，以實現(xiàn)兩個驅(qū)動信號的銜接，以便實現(xiàn)軟開關(guān)。此時電容上電壓不再是輸入直流電壓的二分之一，而是根據(jù)占空比的變化而變

6、化。對于不對稱半橋DC/DC變換器，:主開關(guān)為兩個互補控制的功率MOSFET （ 和 ）, 兩管占空比分別為D和1 -D, , 分別為 和 的體二極管，諧振電容 和 是 和 的寄生電容，隔直電容 作為開 關(guān)管 導(dǎo)通時的電壓源 ，帶中間抽頭變壓器T原邊 匝數(shù)為 ，副邊匝數(shù)為 和 ，采用全波整流，用超快恢復(fù)二極管 和 ，輸出濾波電感 ,輸出濾波電容 和負(fù)載R。先假設(shè)開關(guān)器件為理想器件，不考慮死區(qū)時間，主電容當(dāng)作足夠大，當(dāng)上橋臂開關(guān)開通時，輸入電壓和電容的電壓之差加在原邊繞組上，二極管 開通，下橋臂開關(guān)導(dǎo)通時，加在原邊繞組上的電壓即為電容上的電壓，此時二極管 導(dǎo)通。 電容 上的電壓 ，假設(shè)在連續(xù)導(dǎo)通

7、模式下工作，輸出濾波電感上平均電壓為零： 當(dāng) 時，輸出電壓取最大值，減小上橋臂開關(guān)占空比就能減小輸出電壓。 軟開關(guān)過程分析：當(dāng)上橋臂開關(guān)快速關(guān)段時，由于并聯(lián)電容的作用，開關(guān)是軟關(guān)斷的，副邊由于濾波電感的作用，電流幾乎不變，在A點電壓小于主電容上電壓時，副邊繞組短路，依靠漏感的作用，原邊電流維持原方向，使下橋臂開關(guān)管兩側(cè)電壓降到零，寄生二極管導(dǎo)通，下開關(guān)此時可以實現(xiàn)軟開通。后續(xù)狀態(tài)類似，不作分析。 預(yù)計的技術(shù)關(guān)鍵和解決方法 通過分析可以知道：要實現(xiàn)下橋臂二極管導(dǎo)通，原邊電壓為零時，由于副邊相當(dāng)與短路不參與能量傳遞，必須使漏感能量大于能實現(xiàn)下橋臂二極管開通所需要的能量，得出以下結(jié)論 當(dāng)輸入電壓低，

8、負(fù)載電流大有助于實現(xiàn)軟開關(guān)條件。 增加特征阻抗，即增加漏感，減小電容，有助于實現(xiàn)軟開關(guān)條件。 當(dāng)時，開關(guān)管下橋臂開關(guān)管容易實現(xiàn)軟開關(guān)，時，上橋臂容易實現(xiàn)軟開關(guān)，當(dāng)占空比接近0.5時，容易實現(xiàn)軟開關(guān)。 由于輸入電壓不能人為設(shè)定，電容一般是開關(guān)管的寄生電容也不能改變，為了實現(xiàn)軟開關(guān)運行，只能靠增加電感。電感增加到一定程度時，很方便實現(xiàn)軟開關(guān)，但是帶來的問題是占空比損失，效率降低，解決的辦法為： 1原邊增加飽和電感 在上橋臂開關(guān)管開通時，飽和電抗通過正 向電流并處在飽和狀態(tài)，在上開關(guān)管關(guān)斷后電流降到很小時，飽和電感退出飽和，相當(dāng)于一個普通電感的作用使得電流繼續(xù)原方向以保證下開關(guān)管實現(xiàn)軟開關(guān)，這 種

9、電 路拓?fù)渚哂熊涢_關(guān)范圍寬、占空比損失小、減小了主回路中的通態(tài)損耗等優(yōu)點，但這種電路也存在如下幾個缺點:材料的選擇是比較困難，高頻工作時損耗很大，材料不合適時飽和電感嚴(yán)重發(fā)熱 。一般來說，當(dāng)輸入電壓波動 較大時，飽和電感必須由最高輸入電壓來決定，那么，在低輸入電壓時，副邊的占空比損失較多，輸入電壓越低，占空比損失越多。 2副邊加輔助開關(guān) 由于在原邊直接增加了比較大的電感，比較容易使下橋臂開關(guān)管實現(xiàn)軟開通，此時為了減小占空比損失，就應(yīng)阻止電流繼續(xù)流動，使的電流反向，使的電路正常輸出。只需要在下橋臂開關(guān)管軟開通的同時開通副邊開關(guān)，由于電容上電壓的作用副邊電流很快歸零，原邊電流也很快到零，此時關(guān)斷開關(guān)，即可正常輸出電壓。上橋臂軟開通后是同樣的過程。 此電路加入了有源器件，控制變的復(fù)雜，成本增加，輔助開關(guān)管在硬開關(guān)狀態(tài)下運行，其損耗不可忽略。但是此電路的優(yōu)點是能夠在大范圍內(nèi)實現(xiàn)軟開關(guān)，占空比損失小。綜合考慮，選用副邊加輔助開關(guān)管的辦法。 直流偏磁問題：原邊由于有隔直電容的作用不會產(chǎn)生直流偏磁的問題，但是副邊由于是不上下橋臂不對稱導(dǎo)通，可以產(chǎn)生直流分量，消除影響，可以 1合理設(shè)計鐵心的氣隙，使的鐵心難以飽和。 2 副邊采用不對稱繞組，讓導(dǎo)通時間短的一個繞組長的繞組有更少的匝數(shù)，使得兩個方向上磁平衡，并且保證在典型狀態(tài)下是沒有偏磁的。 謝謝！人有了知識，就會具