全橋變換器原理及設(shè)計

全橋變換器的原理與設(shè)計

2021/5/91主要內(nèi)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(guān)鍵問題4主電路參數(shù)設(shè)計5小信號模型建立方法2021/5/921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/Ts2021/5/931全橋、PS-PWM控制概念之一功率開關(guān)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(guān)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。推薦應(yīng)用于在中大功率的一次電源中。Q1&D1~Q4&D4構(gòu)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2021/5/941全橋、PS-PWM控制概念之二PWM(脈沖寬度調(diào)制PulseWidthModulation)：保持Ts不變，改變Ton調(diào)控輸出。PFM(脈沖頻率調(diào)制PulseFrequencyModulation):保持Ton不變，改變Ts調(diào)控輸出。實際廣泛采用PWM，因為定頻PWM開關(guān)時：輸出電壓中的諧波頻率固定，濾波器設(shè)計容易，開關(guān)過程所產(chǎn)生的電磁干擾易控制；控制系統(tǒng)易實現(xiàn)。移相控制方式：一個橋臂的兩個開關(guān)管的驅(qū)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。2021/5/952PS-FBZVS-PWMDC/DC變換器工作過程C1~C4開關(guān)管外并電容或寄生電容Lr串聯(lián)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2021/5/96工作過程(續(xù))2021/5/97工作過程(續(xù))2021/5/98工作過程(續(xù))2021/5/99工作過程(續(xù))2021/5/910工作過程(續(xù))2021/5/9113PS-FBZVS-PWM變換器一些問題

3.1兩橋臂實現(xiàn)ZVS的差異要實現(xiàn)ZVS開通，必須要有足夠的能量來抽走將要開通的開關(guān)管并聯(lián)電容上的電荷，并給同一橋臂將要關(guān)斷開關(guān)管并聯(lián)電容充電。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2021/5/9123.2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(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。由Dloss計算式可知：Lr越大，Dloss越大；Vin越低，Dloss越大。Dloss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：①原邊電流增加，開關(guān)管峰值電流增加，通態(tài)損耗增加；②副邊整流管耐壓增加。2021/5/9133.3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2021/5/9143.4輸出整流管的寄生振蕩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(jié)電容之間。減小副邊寄生振蕩:RC、RCD緩沖電路原邊側(cè)加二極管箝位緩沖電路等2021/5/9154主電路參數(shù)設(shè)計下面分別給出PWM控制和ZVSPWM控制全橋電路的主要參數(shù)設(shè)計過程。

2021/5/9165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(guān)管周期是等效BUCK變換器開關(guān)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5.12021/5/9175.1BUCK變換器建模圖5.2Buck變換器2021/5/9185.2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(guān)導通電阻和占空比損失時的等效阻抗圖5.