全橋變換器原理及設計課件

全橋變換器的原理與設計1PPT課件全橋變換器的原理與設計1PPT課件主要內容1全橋、PS-PWM控制概念2PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作原理3移相全橋ZVSPWM直流變換器關鍵問題4主電路參數設計5小信號模型建立方法2PPT課件主要內容1全橋、PS-PWM控制概念2PPT課件1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Vo=DVin/4Vo=DVin/2Vo=DVinD=2Ton/Ts3PPT課件1全橋、PS-PWM控制概念之一

單管、雙管、四管（電壓電1全橋、PS-PWM控制概念之一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。推薦應用于在中大功率的一次電源中。Q1&D1~Q4&D4構成兩個橋臂，D是占空比：圖1.1DC/DC全橋變換器及其基本工作波形4PPT課件1全橋、PS-PWM控制概念之一功率開關管的電壓和電流定額1全橋、PS-PWM控制概念之二PWM(脈沖寬度調制PulseWidthModulation)：保持Ts不變，改變Ton調控輸出。PFM(脈沖頻率調制PulseFrequencyModulation):保持Ton不變，改變Ts調控輸出。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，開關過程所產生的電磁干擾易控制；控制系統(tǒng)易實現。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。通過調節(jié)移相角的大小來調節(jié)輸出電壓。5PPT課件1全橋、PS-PWM控制概念之二PWM(脈沖寬度調制Pul2PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作過程C1~C4開關管外并電容或寄生電容Lr串聯電感或變壓器漏感Cb隔直電容，隔直電壓一般為電源電壓的10%圖2.1PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器原理圖6PPT課件2PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作過程C1工作過程(續(xù))7PPT課件工作過程(續(xù))7PPT課件工作過程(續(xù))8PPT課件工作過程(續(xù))8PPT課件工作過程(續(xù))9PPT課件工作過程(續(xù))9PPT課件工作過程(續(xù))10PPT課件工作過程(續(xù))10PPT課件工作過程(續(xù))11PPT課件工作過程(續(xù))11PPT課件3PS-FBZVS-PWM變換器一些問題

3.1兩橋臂實現ZVS的差異要實現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電容上的電荷，并給同一橋臂將要關斷開關管并聯電容充電。超前臂：輸出濾波電感Lf與諧振電感Lr是串聯的，用來實現ZVS的能量是Lf與Lr中能量之和。---較易滯后臂：變壓器副邊是短路的，用來實現ZVS的能量只是諧振電感Lr中的能量。---較難12PPT課件3PS-FBZVS-PWM變換器一些問題

3.1兩橋臂實3.2副邊占空比丟失副邊占空比丟失是PS-ZVS-PWM變換器中的一個特有現象：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。由Dloss計算式可知：Lr越大，Dloss越大；Vin越低，Dloss越大。Dloss的產生使得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：①原邊電流增加，開關管峰值電流增加，通態(tài)損耗增加；②副邊整流管耐壓增加。13PPT課件3.2副邊占空比丟失副邊占空比丟失是PS-ZVS-PWM變換3.3整流二極管的換流全橋整流優(yōu)點：反向電壓低(Vsec)缺點：成本高，壓降大全波整流優(yōu)點：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14PPT課件3.3整流二極管的換流全橋整流圖3.1副邊整流二極管換流波3.4輸出整流管的寄生振蕩整流橋的寄生振蕩產生于變壓器的漏感Lr與變壓器繞組電容和整流管的結電容之間。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15PPT課件3.4輸出整流管的寄生振蕩整流橋的寄生振蕩產生于變壓器的漏感4主電路參數設計下面分別給出PWM控制和ZVSPWM控制全橋電路的主要參數設計過程。

16PPT課件4主電路參數設計下面分別給出PWM控制和ZVSPWM控制全5小信號模型建立方法全橋變換器可以等效成BUCK變換器(忽略變壓器漏感)全橋開關管周期是等效BUCK變換器開關周期的一半。D是指全橋變換器半個周期輸出電壓的占空比圖5.117PPT課件5小信號模型建立方法全橋變換器可以等效成BUCK變換器(忽略5.1BUCK變換器建模圖5.2Buck變換器18PPT課件5.1BUCK變換器建模圖5.2Buck變換器18PPT5.2全橋小信號模型d是半個周期輸出電壓占空比其中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型的目的是用于控制電路的設計19PPT課件5.2全橋小信號模型d是半個周期輸出電壓占空比圖5.3全橋5.3閉環(huán)控制模型UcUgUfUodVin/n20PPT課件5.3閉環(huán)控制模型UcUgUfUodVin/n20PPT課件謝謝！21PPT課件謝謝！21PPT課件全橋變換器的原理與設計22PPT課件全橋變換器的原理與設計1PPT課件主要內容1全橋、PS-PWM控制概念2PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作原理3移相全橋ZVSPWM直流變換器關鍵問題4主電路參數設計5小信號模型建立方法23PPT課件主要內容1全橋、PS-PWM控制概念2PPT課件1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Vo=DVin/4Vo=DVin/2Vo=DVinD=2Ton/Ts24PPT課件1全橋、PS-PWM控制概念之一

單管、雙管、四管（電壓電1全橋、PS-PWM控制概念之一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。推薦應用于在中大功率的一次電源中。Q1&D1~Q4&D4構成兩個橋臂，D是占空比：圖1.1DC/DC全橋變換器及其基本工作波形25PPT課件1全橋、PS-PWM控制概念之一功率開關管的電壓和電流定額1全橋、PS-PWM控制概念之二PWM(脈沖寬度調制PulseWidthModulation)：保持Ts不變，改變Ton調控輸出。PFM(脈沖頻率調制PulseFrequencyModulation):保持Ton不變，改變Ts調控輸出。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，開關過程所產生的電磁干擾易控制；控制系統(tǒng)易實現。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。通過調節(jié)移相角的大小來調節(jié)輸出電壓。26PPT課件1全橋、PS-PWM控制概念之二PWM(脈沖寬度調制Pul2PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作過程C1~C4開關管外并電容或寄生電容Lr串聯電感或變壓器漏感Cb隔直電容，隔直電壓一般為電源電壓的10%圖2.1PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器原理圖27PPT課件2PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作過程C1工作過程(續(xù))28PPT課件工作過程(續(xù))7PPT課件工作過程(續(xù))29PPT課件工作過程(續(xù))8PPT課件工作過程(續(xù))30PPT課件工作過程(續(xù))9PPT課件工作過程(續(xù))31PPT課件工作過程(續(xù))10PPT課件工作過程(續(xù))32PPT課件工作過程(續(xù))11PPT課件3PS-FBZVS-PWM變換器一些問題

3.1兩橋臂實現ZVS的差異要實現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電容上的電荷，并給同一橋臂將要關斷開關管并聯電容充電。超前臂：輸出濾波電感Lf與諧振電感Lr是串聯的，用來實現ZVS的能量是Lf與Lr中能量之和。---較易滯后臂：變壓器副邊是短路的，用來實現ZVS的能量只是諧振電感Lr中的能量。---較難33PPT課件3PS-FBZVS-PWM變換器一些問題

3.1兩橋臂實3.2副邊占空比丟失副邊占空比丟失是PS-ZVS-PWM變換器中的一個特有現象：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。由Dloss計算式可知：Lr越大，Dloss越大；Vin越低，Dloss越大。Dloss的產生使得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：①原邊電流增加，開關管峰值電流增加，通態(tài)損耗增加；②副邊整流管耐壓增加。34PPT課件3.2副邊占空比丟失副邊占空比丟失是PS-ZVS-PWM變換3.3整流二極管的換流全橋整流優(yōu)點：反向電壓低(Vsec)缺點：成本高，壓降大全波整流優(yōu)點：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35PPT課件3.3整流二極管的換流全橋整流圖3.1副邊整流二極管換流波3.4輸出整流管的寄生振蕩整流橋的寄生振蕩產生于變壓器的漏感Lr與變壓器繞組電容和整流管的結電容之間。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36PPT課件3.4輸出整流管的寄生振蕩整流橋的寄生振蕩產生于變壓器的漏感4主電路參數設計下面分別給出PWM控制和ZVSPWM控制全橋電路的主要參數設計過程。

37PPT課件4主電路參數設計下面分別給出PWM控制和ZVSPWM控制全5小信號模型建立方法全橋變換器可以等效成BUCK變換器(忽略變壓器漏感)全橋開關管周期是等效BUCK變換器開關周期的一半。D是指全橋變換器半個周期輸出電壓的占空比圖5.138PPT課件5小信號模型建立方法全橋變換器可以等效成BUCK變換器(忽略5.1BUCK變換器建模圖5.2Buck變換器39PPT課件5.1