全桥变换器原理及设计课件

全桥变换器的原理与设计1PPT课件全桥变换器的原理与设计1PPT课件主要内容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2PPT课件主要内容1全桥、PS-PWM控制概念2PPT课件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/4Vo=DVin/2Vo=DVinD=2Ton/Ts3PPT课件1全桥、PS-PWM控制概念之一

单管、双管、四管（电压电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4PPT课件1全桥、PS-PWM控制概念之一功率开关管的电压和电流定额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。5PPT课件1全桥、PS-PWM控制概念之二PWM(脉冲宽度调制Pul2PS-FBZVS-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6PPT课件2PS-FBZVS-PWMDC/DC变换器工作过程C1工作过程(续)7PPT课件工作过程(续)7PPT课件工作过程(续)8PPT课件工作过程(续)8PPT课件工作过程(续)9PPT课件工作过程(续)9PPT课件工作过程(续)10PPT课件工作过程(续)10PPT课件工作过程(续)11PPT课件工作过程(续)11PPT课件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的能量只是谐振电感Lr中的能量。---较难12PPT课件3PS-FBZVS-PWM变换器一些问题

3.1两桥臂实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：①原边电流增加，开关管峰值电流增加，通态损耗增加；②副边整流管耐压增加。13PPT课件3.2副边占空比丢失副边占空比丢失是PS-ZVS-PWM变换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3.1副边整流二极管换流波形14PPT课件3.3整流二极管的换流全桥整流图3.1副边整流二极管换流波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15PPT课件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。

16PPT课件4主电路参数设计下面分别给出PWM控制和ZVSPWM控制全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5.117PPT课件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5.1BUCK变换器建模图5.2Buck变换器18PPT课件5.1BUCK变换器建模图5.2Buck变换器18PPT5.2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19PPT课件5.2全桥小信号模型d是半个周期输出电压占空比图5.3全桥5.3闭环控制模型UcUgUfUodVin/n20PPT课件5.3闭环控制模型UcUgUfUodVin/n20PPT课件谢谢！21PPT课件谢谢！21PPT课件全桥变换器的原理与设计22PPT课件全桥变换器的原理与设计1PPT课件主要内容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23PPT课件主要内容1全桥、PS-PWM控制概念2PPT课件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/4Vo=DVin/2Vo=DVinD=2Ton/Ts24PPT课件1全桥、PS-PWM控制概念之一

单管、双管、四管（电压电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25PPT课件1全桥、PS-PWM控制概念之一功率开关管的电压和电流定额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。26PPT课件1全桥、PS-PWM控制概念之二PWM(脉冲宽度调制Pul2PS-FBZVS-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27PPT课件2PS-FBZVS-PWMDC/DC变换器工作过程C1工作过程(续)28PPT课件工作过程(续)7PPT课件工作过程(续)29PPT课件工作过程(续)8PPT课件工作过程(续)30PPT课件工作过程(续)9PPT课件工作过程(续)31PPT课件工作过程(续)10PPT课件工作过程(续)32PPT课件工作过程(续)11PPT课件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的能量只是谐振电感Lr中的能量。---较难33PPT课件3PS-FBZVS-PWM变换器一些问题

3.1两桥臂实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：①原边电流增加，开关管峰值电流增加，通态损耗增加；②副边整流管耐压增加。34PPT课件3.2副边占空比丢失副边占空比丢失是PS-ZVS-PWM变换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3.1副边整流二极管换流波形35PPT课件3.3整流二极管的换流全桥整流图3.1副边整流二极管换流波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36PPT课件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。

37PPT课件4主电路参数设计下面分别给出PWM控制和ZVSPWM控制全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5.138PPT课件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5.1BUCK变换器建模图5.2Buck变换器39PPT课件5.1