1、全桥变换器的原理与设计 主要内容 1全桥 PS PWM控制概念2PS FBZVS PWMDC DC变换器工作原理3移相全桥ZVSPWM直流变换器关键问题4主电路参数设计5小信号模型建立方法 1全桥 PS PWM控制概念之一单管 双管 四管 电压电流定额相同 变换器输出功率比较 Vo DVin 4 Vo DVin 2 Vo DVin D 2Ton Ts 1全桥 PS PWM控制概念之一 功率开关管的电压和电流定额相同时 变换器的输出功率通常与所用功率开关管数成正比 即双管隔离型直流变换器的输出功率为单管的两倍 为四管全桥变换器的一半 推荐应用于在中大功率的一次电源中 Q1 D1 Q4 D4构成两
2、个桥臂 D是占空比 图1 1DC DC全桥变换器及其基本工作波形 1全桥 PS PWM控制概念之二 PWM 脉冲宽度调制PulseWidthModulation 保持Ts不变 改变Ton调控输出 PFM 脉冲频率调制PulseFrequencyModulation 保持Ton不变 改变Ts调控输出 实际广泛采用PWM 因为定频PWM开关时 输出电压中的谐波频率固定 滤波器设计容易 开关过程所产生的电磁干扰易控制 控制系统易实现 移相控制方式 一个桥臂的两个开关管的驱动信号180度互补导通且中间有死区 两个桥臂的导通角相差一个相位 即移相角 通过调节移相角的大小来调节输出电压 2PS FBZVS
3、 PWMDC DC变换器工作过程 C1 C4开关管外并电容或寄生电容Lr串联电感或变压器漏感Cb隔直电容 隔直电压一般为电源电压的10 图2 1PS FBZVS PWMDC DC变换器原理图 工作过程 续 工作过程 续 工作过程 续 工作过程 续 工作过程 续 3PS FBZVS PWM变换器一些问题3 1两桥臂实现ZVS的差异 要实现ZVS开通 必须要有足够的能量来抽走将要开通的开关管并联电容上的电荷 并给同一桥臂将要关断开关管并联电容充电 超前臂 输出滤波电感Lf与谐振电感Lr是串联的 用来实现ZVS的能量是Lf与Lr中能量之和 较易滞后臂 变压器副边是短路的 用来实现ZVS的能量只是谐振
4、电感Lr中的能量 较难 3 2副边占空比丢失 副边占空比丢失是PS ZVS PWM变换器中的一个特有现象 副边占空比Dsec小于原边占空比D 其差即是占空比损失Dloss 图中阴影部分即是副边丢失的电压方波 由Dloss计算式可知 Lr越大 Dloss越大 Vin越低 Dloss越大 Dloss的产生使得Dsec减小 为了在副边得到要求的电压 就要减小变压器匝比 而K的减小带来两个问题 原边电流增加 开关管峰值电流增加 通态损耗增加 副边整流管耐压增加 3 3整流二极管的换流 全桥整流优点 反向电压低 Vsec 缺点 成本高 压降大全波整流优点 成本低 压降小缺点 反向电压高 2Vsec 图3
5、 1副边整流二极管换流波形 3 4输出整流管的寄生振荡 整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感Lr与变压器绕组电容和整流管的结电容之间 减小副边寄生振荡 RC RCD缓冲电路原边侧加二极管箝位缓冲电路等 4主电路参数设计 下面分别给出PWM控制和ZVSPWM控制全桥电路的主要参数设计过程 5小信号模型建立方法 全桥变换器可以等效成BUCK变换器 忽略变压器漏感 全桥开关管周期是等效BUCK变换器开关周期的一半 D是指全桥变换器半个周期输出电压的占空比 图5 1 5 1BUCK变换器建模 图5 2Buck变换器 5 2全桥小信号模型 d是半个周期输出电压占空比其中Rds是考虑开关导通电阻和占空比损失时的等效阻抗 图5 3全桥小信号模型 建立小信号模型的目的是用于控制电路的设计 5 3闭环控制模型 Uc Ug Uf Uo d Vin n 谢谢
