全桥变换器原理及设计.ppt

全桥变换器的原理与设计,主要内容,1 全桥、PS-PWM控制概念 2 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器工作原理 3 移相全桥ZVS PWM 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&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,1 全桥、PS-PWM控制概念之二,PWM(脉冲宽度调制Pulse Width Modulation)：保持Ts不变，改变Ton调控输出。 PFM(脉冲频率调制Pulse Frequency Modulation):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。,2 PS-FB ZVS-PWM DC/DC变换器工作过程,C1C4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2.1 PS-FB ZVS-PWM DC/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),3 PS-FB ZVS-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,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3.1 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ZVS PWM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5.1,5.1 BUCK变换器建模,图5.2 Buck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！,