全桥变换器原理及设计ppt课件.ppt

全桥变换器的原理与设计 1 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 2 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 3 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 4 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 5 2PS 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 6 工作过程 续 7 工作过程 续 8 工作过程 续 9 工作过程 续 10 工作过程 续 11 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 12 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 13 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 14 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 15 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 16 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 17 5 1BUCK变换器建模 图5 2Buck变换器 18 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