全桥变换器原理及设计PPT课件

1、2021/3/91全桥变换器的原理与设计2021/3/92主要内容v1 全桥、PS-PWM控制概念v2 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器工作原理v3 移相全桥ZVS PWM 直流变换器关键问题v4 主电路参数设计v5小信号模型建立方法2021/3/931 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0TonTsTs/2tVin/20TonTsTs/2tVin/20TonTsTs/2tVinQ1Q2Q3Q4D1D3D2D4VinABC2Q1Q2D1C1D2VinABVin/2Vin/2Q1D1Vin/2BAVo=DVin/4Vo=DVin/2V

2、o=DVinD=2Ton/Ts2021/3/941 全桥、PS-PWM控制概念之一v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。v推荐应用于在中大功率的一次电源中。vQ1&D1Q4&D4构成两个桥臂， D是占空比：图1.1 DC/DC全桥变换器及其基本工作波形/2onsTDT2021/3/951 全桥、PS-PWM控制概念之二vPWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation)：保持Ts不变，改变Ton调控输出。vPFM(脉冲频率调制Pulse Freque

3、ncy Modulation):保持Ton 不变，改变Ts 调控输出。v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。v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。2021/3/962 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器工作过程vC1C4开关管外并电容或寄生电容vLr串联电感或变压器漏感vCb隔直电容，隔直电压一般为电源电压的10%图2.1 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器原理图20

4、21/3/97工作过程(续)2021/3/98工作过程(续)2021/3/99工作过程(续)2021/3/910工作过程(续)2021/3/911工作过程(续)2021/3/9123 PS-FB ZVS-PWM变换器一些问题3.1两桥臂实现ZVS的差异v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。v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v滞后臂：变压器副边是短路的，用来实现ZVS的能量只是谐振电感Lr中的能量。-较难2021/3/9133.2副边占空比丢失v副边占

5、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。v由Dloss计算式可知：Lr越大， Dloss越大；Vin越低， Dloss越大。vDloss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。2inin441rrrfLLLlossooKV TKV TK LDIDI2021/3/9143.3整流二极管的换流v全桥整流优点：反向电压低(Vsec)缺点：成本高，压降大v全波整流优点

6、：成本低，压降小缺点：反向电压高(2Vsec)图3.1 副边整流二极管换流波形2021/3/9153.4输出整流管的寄生振荡v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。v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2021/3/9164主电路参数设计v下面分别给出PWM控制和ZVS PWM控制全桥电路的主要参数设计过程。 2021/3/9175小信号模型建立方法v全桥变换器可以等效成BUCK变换器(忽略变压器漏感)v全桥开关管周期是等效BUCK变换器开关周期的一半。vD是指全桥变换器半个周期输出电压的占空比图5.1 2021/3/9185.1 BUCK变换器建模图5.2 Buck变换器2021/3/9195.2全桥小信号模型vd是半个周期输出电压占空比v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