移相全桥PWM DC-DC变换器的数学建模

移相全桥

移相全桥ZVS 变换器由于其充分利用了电路本身的寄生参数，使开关管工作在软开关状态，降低了开关管的开关噪声和开关损耗，提高了变换器的效率，近年来在中大功率场合得到广泛应用。随着微处理器价格的不断下降和计算能力的不断提高，采用数字控制已经成为中大功率开关电源的发展趋势，许多数字控制方法相继提出。但对于DC/ DC 变换器这种强非线性系统，传统的基于线性系统理论的控制方法并不能获得理想的动态特性。

该文在建立移相全桥变换器模型的基础上，提出一种新的模糊PID 预测控制策略，将传统控制方法与智能控制方法相结合，通过模糊控制对传统PID 控制器进行增益调节，同时采用预测控制以补偿数字控制系统中的时延。这种控制策略比较简单，易于数字控制器的实现，该文采用MA TLAB 方法进行了仿真研究。

2 移相全桥变换器小信号模型的建立

一般建立DC/ DC 变换器的小信号模型的方法是状态空间平均法，但对于移相全桥ZVS 变换器来说，用状态空间平均法建模是一项十分复杂的工作。因为这种变换器具有12种开关状态，因此列写状态空间方程式是一个非常复杂的工作。

根据移相全桥ZVS PWM 变换器源于BUCK 变换器的事实，从电路工作的描述中可以

看出变压器副边的有效占空比^

off off off d D d =-，变压器原边电压的占空比d 而且依靠输出滤波电感电流L i ，漏感lk L ，输入电压in V 和开关频率s f ，所以移相全桥变换器小信号传递

函数也将取决于漏感lk L ，开关频率s f ，滤波电感电流扰动^

L i ，输入电压扰动^in

V

，和变压

器原边占空比扰动^

d 等因素。为了精确地建立移相全桥变换器的动态特性模型，找出lk L ，

s f ，^

L i ，^in

V

和^

d 对^

off d 的影响是必要的。这些影响可以加入到PWM BUCK 变换器的小

信号电路模型中（图1），从而获得移相全桥PWM 变换器的小信号模型（图2）。

我们知道由于谐振电感lk L 和变压器副边整流二级管的影响，移相全桥变换器存在占空比丢失的现象，副边有占空比为：off D D D =-?

即()()221/21lk off L o in nL D D I D V T L V T

=-

--????

移相全桥变换器输出电压增益为：

()()2

221/22o lk off L o in

in V n L nD nD I D V T L V V T

==-

--????

其中，n 为变压器副边匝数与原边匝数的比值；L I 为电感电流平均值。 下面通过式（l ）来分析对off D 产生影响的因素。

l ）占空比扰动^

d 对off D 的影响^

d d 由式（l ）可得

2

^^

^^

^^

lk o lk

d off in nL V n L d d d d D d d V L

L

=-

=-

≈()lk

L L ()3

即占空比扰动^

d 对off D 的影响可以近似为^

d 。

2）滤波电感电流扰动^

L i 对off D 的影响^

i d

^

^

d L i in

R d i nV =-

（4）

这里24d lk s R n L f =，负号表示在原边占空比保持不变的情况下，如果滤波电感电流增加，o ff d 将减小，从而降低输出电压，这种影响等效于一个电流负反馈作用。

3）输入电压扰动^

in

V

对off D 的影响^

v d

()^

^

2

1222o lk L in in D V T nL d I V L V T -??=-? ???

()^

2

14o d L in in D V T R I V L nV T -??=-? ???

（5） 当

()14o L D V T

I L - 时，则有

^

^

2d in

L in

R d I V

nV

=?

（6）

把上述结果加到BUCK 变换器的平均小信号电路模型中，也就是通过用o ff d 的总变化

^

off d

来代替在BUCK 变换器小信号模型的^

d 从而获得移相全桥ZVS 变换器的小信号模型，如图

2所示。

^

^

^

^

off v i d d d d =++（7）

^

i d ,^

v d 的作用由两个受控源来表示，^

d 的作用由两个独立源来表示。需要强调的是^

i d ，

^

v d 来源于电路本身（即L i 和in V 的扰动）且不被控制电路控制。从图2 的移相全桥变换器

小信号模型中显示BUCK 变换器模型是移相PWM 模型的特例。

由图2 可进行小信号分析，推导出移相全桥ZVS 变换器

的主电路传递函数。

l ）图2 所示的输出滤波器的传递函数为：

2

1

1o H L s L C s

R =

++ (8)

设21L f s L C s R

?=++

则输出滤波器的输入阻抗为：

1f

R f Z

sR C

?=

+（9）

输出滤波器的输出阻抗为：

n sL Z f

=

?（10）

2）控制d 对输出电压o V 的传递函数vd G ：

当不考虑输入电压变化量^

in

V 时，即^

0in

V

=时，则图2 可变成图3 所示的等效形式。

由图3，可知

^

^^

in

o

i o V

nV d d H ??

=+ ???

则由公式（4）、公式（8）可导出：

()()()

()^

^

^

2

1

in o in

vd d d V V s nV G s s L C s L R R C R R d s '==

=

++++

上式即为移相全当桥ZVS 变换器的输出电压对输入占空比的传递函数。

电压型单相全桥逆变电路

1.引言 逆变电路所谓逆变，就是与整流相反，把直流电转换成某一固定频率或可变频率的交流电(DC/AC)的过程。 当把转换后的交流电直接回送电网，即交流侧接入交流电源时，称为有源逆变；而当把转换后的交流电直接供给负载时，则称为无源逆变。通常所讲的逆变电路，若不加说明，一般都是指无源逆变电路。 1. 电压型逆变器的原理图 当开关S1、S4闭合，S2、S3断开时，负载电压u o为正；当开关S1、S4断开，S2、S3闭合时，u o为负，如此交替进行下去，就在负载上得到了由直流电变换的交流电，u o的波形如图7.4(b)所示。输出交流电的频率与两组开关的切换频率成正比。这样就 t (b) (a) u o t3 t2 t1 i o u o Z u o i o U d _ + S3 S2S 4 S1

实现了直流电到交流电的逆变。 2. 电压型单相全桥逆变电路 它共有4个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。 两对桥臂交替导通180°。 输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。 改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压U d来实现。 输出电压定量分析 u o成傅里叶级数 基波幅值 基波有效值 ? ? ? ? ? + + + = t t t U uω ω ω π 5 sin 5 1 3 sin 3 1 sin 4 d o d d o1m 27 .1 4 U U U= = π d d 1o 9.0 2 2 U U U= = π

当u o为正负各180°时，要改变输出电压有效值只能改变U d 来实现 可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。 各栅极信号为180o正偏，180o反偏，且T1和T2互补，T3和T4互补关系不变。T3的基极信号只比T1落后q ( 0

全桥驱动全桥整流变换器的高频变压器设计2

全桥驱动全桥整流变换器的高频变压器设计 1、根据电路形式、输出电压电流、变压器效率计算变压器的传送功率。 2、确定工作磁感应强度、电流密度系数、窗口占空系数(利用率)、工作频率、波形因数。 3、计算功率面积乘积并据此选择磁芯，根据所选磁芯参数计算电流密度。 4、根据伏秒积计算原边绕组匝数；根据电压比计算副边绕组匝数。 5、根据功率和波形因数计算各绕组电流幅值。 1、变压器传送功率计算 o o o P I U =? o I P P η = 11t o I o P P P P η?? ? ??? =+=+ 2、功率面积乘积计算 对于全桥驱动，变压器的2m B B ?=。其中，0.15~0.25m B =，电流密度系数400J K =，窗口占空系数0.2~0.4Ko =，工作频率 20Z f KH = ，波形因数f K =。

1.16 411104o p J c m P A K A B f η???? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? +?=???? 3、选择磁芯，计算电流密度 0.14()J p J K A -=? 4、原边和副边绕组匝数： 124p on p m c m c U t U D N B A B A f ??==??? 21s p U N N U = 5、原边和副边绕组电流幅值： 副边绕组电流幅值：2o I I D = o s s s s o o o s o s o s P U I U I D U I U U I I D I I D ==??=?=∴=?∴= 原边绕组电流幅值：o p p P I U D η=??

全桥变换器输出电压与输入电压关系推导 伏秒积产生磁通链： t t p p p c p p s s s c s s U N B A L I U N B A L I ??=?Φ=???=????=?Φ=???=?? 原边能量：()2 2 211222p on p on p p p p p U t U t L i L L L ?? ? ???????=??= 副边能量：()22 2 11222s on s on s s s s s U t U t L i L L L ?? ? ??? ????=??= 两边相等：()( )22 22p on s on s s p p p s U t U t U N U N L L ??= ?== 结论：正激变换器输出与输入的电压比等于副边与原边的匝数比 全桥驱动全桥整流变换器的高频变压器A P 公式推导 伏秒积产生磁通链： 222p on p p p m c T D U t U D U N B A f ?=??=?=?? 得原边匝数和副边匝数： 4p p m c U D N B A f ?= ?? 由于 p s p s U U N N =，故： 4s s m c U D N B A f ?= ?? 窗口中包含的总电流为：

移相全桥PWM DC-DC变换器的数学建模

移相全桥 移相全桥ZVS 变换器由于其充分利用了电路本身的寄生参数，使开关管工作在软开关状态，降低了开关管的开关噪声和开关损耗，提高了变换器的效率，近年来在中大功率场合得到广泛应用。随着微处理器价格的不断下降和计算能力的不断提高，采用数字控制已经成为中大功率开关电源的发展趋势，许多数字控制方法相继提出。但对于DC/ DC 变换器这种强非线性系统，传统的基于线性系统理论的控制方法并不能获得理想的动态特性。 该文在建立移相全桥变换器模型的基础上，提出一种新的模糊PID 预测控制策略，将传统控制方法与智能控制方法相结合，通过模糊控制对传统PID 控制器进行增益调节，同时采用预测控制以补偿数字控制系统中的时延。这种控制策略比较简单，易于数字控制器的实现，该文采用MA TLAB 方法进行了仿真研究。 2 移相全桥变换器小信号模型的建立 一般建立DC/ DC 变换器的小信号模型的方法是状态空间平均法，但对于移相全桥ZVS 变换器来说，用状态空间平均法建模是一项十分复杂的工作。因为这种变换器具有12种开关状态，因此列写状态空间方程式是一个非常复杂的工作。 根据移相全桥ZVS PWM 变换器源于BUCK 变换器的事实，从电路工作的描述中可以 看出变压器副边的有效占空比^ off off off d D d =-，变压器原边电压的占空比d 而且依靠输出滤波电感电流L i ，漏感lk L ，输入电压in V 和开关频率s f ，所以移相全桥变换器小信号传递 函数也将取决于漏感lk L ，开关频率s f ，滤波电感电流扰动^ L i ，输入电压扰动^in V ，和变压 器原边占空比扰动^ d 等因素。为了精确地建立移相全桥变换器的动态特性模型，找出lk L ， s f ，^ L i ，^in V 和^ d 对^ off d 的影响是必要的。这些影响可以加入到PWM BUCK 变换器的小 信号电路模型中（图1），从而获得移相全桥PWM 变换器的小信号模型（图2）。 我们知道由于谐振电感lk L 和变压器副边整流二级管的影响，移相全桥变换器存在占空比丢失的现象，副边有占空比为：off D D D =-? 即()()221/21lk off L o in nL D D I D V T L V T =- --???? 移相全桥变换器输出电压增益为： ()()2 221/22o lk off L o in in V n L nD nD I D V T L V V T ==- --???? 其中，n 为变压器副边匝数与原边匝数的比值；L I 为电感电流平均值。 下面通过式（l ）来分析对off D 产生影响的因素。 l ）占空比扰动^ d 对off D 的影响^ d d 由式（l ）可得

移相全桥ZVZCSDCDC变换器综述

移相全桥ZVZCSDC/DC变换器综述 河北秦皇岛燕山大学朱艳萍电源技术应用 摘要：概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC变换器，简要介绍了各种电路拓扑的工作原理，并对比了优缺点，以供大家参考。 关键词：移相控制；零电压零电流开关；全桥变换器 1概述 所谓ZVZCS，就是超前桥臂实现零电压导通和关断，滞后桥臂实现零电流导通和关断。ZVZCS方案可以解决ZVS方案的故有缺陷，即可以大幅度降低电路内部的循环能量，提高变换效率，减小副边占空比丢失，提高最大占空比，而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响。 滞后桥臂零电流开关是通过在原边电压过零期间使原边电流复位来实现的。即当原边电流减小到零后，不允许其继续反方向增长。原边电流复位目前主要有以下几种方法： 1）利用超前桥臂开关管的反向雪崩击穿，使储存在变压器漏感中的能量完全消耗在超前桥臂的IGBT中，为滞后桥臂提供零电流开关的条件； 2）在变压器原边使用隔直电容和饱和电感，在原边电压过零期间，将隔直电容上的电压作为反向阻断电压源，使原边电流复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件； 3）在变压器副边整流器输出端并联电容，在原边电压过零期间，将副边电容上的电压反射到原边作为反向阻断电压源，使原边电流迅速复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件。 2 电路拓扑 根据原边电流复位方式的不同，下面列举几种目前常见的移相全桥ZVZCSPWMDC/DC 拓扑结构，以供大家参考。 1）NhoE.C.电路如图1所示[1]。该电路是最基本的移相全桥ZVZCS变换器，它的驱动信号采用有限双极性控制，从而实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流开关。这种拓扑结构的缺陷是L1k要折衷选择，L1k太小，在负载电流很小时，超前桥臂不能实现零电压开关；L1k太大，又限制了iL1k的变化速度，从而限制了变换器开关频率的提高。变换器给负载供电方式是电流源形式，电感L1k电流交流变化，输入电流脉动很大，要求滤波电容很大。该电路可以工作在电流临界连续状态，但必须采用频率控制，不利于滤波器的优化设计。

ZVS移相全桥变换器设计

Z V S移相全桥变换器设 计 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

电气工程学院课程设计说明书 设计题目： 系别： 年级专业： 学生姓名： 指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书 课程名称：电力电子与电源综合课程设计 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科

电力电子与电源课程设计组内自评表

摘要 首先，本文阐述PWM DC/DC变换器的软开关技术，且根据移相控制PWM全桥变换器的主电路拓扑结构，选定适合于本论文的零电压开关软开关技术的电路拓扑，并对其基本工作原理进行阐述，同时给出ZVS软开关的实现策略。 其次，对选定的主电路拓扑结构进行电路设计，给出主电路中各参量的设计及参数的计算方法，包括输入、输出整流桥及逆变桥的器件的选型，输入整流滤波电路的参数设计、高频变压器及谐振电感的参数设计以及输出整流滤波电路的参数设计。 然后，论述移相控制电路的形成，对移相控制芯片进行选择，同时对移相控制芯片UC3875进行详细的分析和设计。对主功率管MOSFET的驱动电路进最后，基于理论计算，对系统主电路进行仿真，研究其各部分设计的参数是否合乎实际电路。搭建移相控制ZVS DC/DC全桥变换器的实验平台，在系统实验平台上做了大量的实验。 实验结果表明，本文所设计的DC/DC变换器能很好的实现软开关，提高效率，使输出电压得到稳定控制，最后通过调整移相控制电路，可实现直流输出的宽范围调整，具有很好的工程实用价值。行分析和设计。 关键词开关电源;高频变压器;移相控制;零电压开关;UC3875

移相全桥ZVZCS主电路综述

移相全桥ZVZCS DC/DC变换器综述 [导读]移相全桥ZVZCS DC/DC变换器综述摘要：概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC 变换器，简要介绍了各种电路拓扑的工作原理，并对比了优缺 关键词：变换器 移相全桥ZVZCS DC/DC变换器综述 摘要：概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC变换器，简要介绍了各种电路拓扑的工作原理，并对比了优缺点，以供大家参考。 关键词：移相控制；零电压零电流开关；全桥变换器 1 概述 所谓ZVZCS，就是超前桥臂实现零电压导通和关断，滞后桥臂实现零电流导通和关断。ZVZCS方案可以解决ZVS方案的故有缺陷，即可以大幅度降低电路内部的循环能量，提高变换效率，减小副边占空比丢失，提高最大占空比，而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响。 滞后桥臂零电流开关是通过在原边电压过零期间使原边电流复位来实现的。即当原边电流减小到零后，不允许其继续反方向增长。原边电流复位目前主要有以下几种方法： 1）利用超前桥臂开关管的反向雪崩击穿，使储存在变压器漏感中的能量完全消耗在超前桥臂的IGBT中，为滞后桥臂提供零电流开关的条件； 2）在变压器原边使用隔直电容和饱和电感，在原边电压过零期间，将隔直电容上的电压作为反向阻断电压源，使原边电流复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件； 3）在变压器副边整流器输出端并联电容，在原边电压过零期间，将副边电容上的电压反射到原边作为反向阻断电压源，使原边电流迅速复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件。 2 电路拓扑 根据原边电流复位方式的不同，下面列举几种目前常见的移相全桥ZVZCS PWM DC/DC拓扑结构，以供大家参考。 1）Nho E.C.电路如图1所示[1]。该电路是最基本的移相全桥ZVZCS变换器，它的驱动信号采用有限双极性控制，从而实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流开关。这种拓扑结构的缺陷是L1k要折衷选择，L1k 太小，在负载电流很小时，超前桥臂不能实现零电压开关；L1k太大，又限制了i L1k的变化速度，从而限制了变换器开关频率的提高。变换器给负载供电方式是电流源形式，电感L1k电流交流变化，输入电流脉动很大，

分析全桥ZVS-PWM变换器的分析与设计

上世纪60年代开始起步的DC/DC PWM功率变换技术出现了很大的发展。后然经过发展，越来越多在各个领域当中应用。但由于其通常采用调频稳压控制方式，使得软开关的范围受到限制，且其设计复杂，不利于输出滤波器的优化设计。本文选择了全桥移相控制ZVS-PWM谐振电路拓扑，在分析了电路原理和各工作模态的基础上，设计了输出功率为200W的DC/DC变换器。 1 电路原理和各工作模态分析 1.1 电路原理 图1所示为移相控制全桥ZVS—PWM谐振变换器电路拓扑。Vin为输入直流电压。Si(i=1.2.3，4)为第i个参数相同的功率MOS开关管。为了防止桥臂直通短路，S1和S3，S2和S4之间人为地加入了死区时间△t，它是根据开通延时和关断不延时原则来设置同一桥臂死区时间。S1和S4，S2和S3之间的驱动信号存在移相角α，通过调节α角的大小，可调节输出电压的大小，实现稳压控制。Lf和Cf构成倒L型低通滤波电路。 图2为全桥零电压开关PWM变换器在一个开关周期内4个主开关管的驱动信号、两桥臂中点电压VAB、变压器副边电压V0以及变压器原边下面对电路各工作模态进行分析，分析时时假设： (1)所有功率开关管均为理想，忽视正向压降电压和开关时时间; (2)4个开关管的输出结电容相等，即Ci=Cs，i=1，2，3，4，Cs为常数; (3)忽略变压器绕组及线路中的寄生电阻; (4)滤波电感足够大。

1.2 各工作模态分析 (1)原边电流正半周功率输出过程。在t0之前，Sl和S4已导通，在(t0一t1)内维持S1和S4导通，S2和S3截止。电容C2和C3被输入电源充电。变压器原边电压为Vin，功率由变压器原边传送到负载。在功率输出过程中，软开关移相控制全桥电路的工作状态和普通PWM硬开关电路相同。 (2)(t1一t1′)：超前臂在死区时间内的谐振过程。加到S1上的驱动脉冲变为低电平，S1由导通变为截止。电容C1和C3迅速分别充放电，与等效电感(Lr+n2Lf)串联谐振，在谐振结束前(t2之前)，使前臂中心电压快速降低到一0.7V，使D3立即导通，为S3的零电压导通作好准备。 (3)(t1′一t3)：原边电流止半周箝位续流过程。S3在驱动脉冲变为高电平后实现了零电压导通，由于D3已提前提供了原边电流的左臂续流回路，虽然两臂中点电压为零，但原边电流仍按原方向继续流动，逐步衰减。 (4)(t3-t4)：S4关断后滞后臂谐振过程，t3时加到S4的驱动脉冲电压变为低电平，S4由导通变为截止，原边电流失去主要通道。原边电流以最大变化率从正峰值急速下降。 (5)(t4一t5)：电感储能回送电网期。t4时刻D2已导通续流，下冲的电流经D2返回到电源EC，补偿了电网在全桥电路上的功耗。滞后臂死区时间应该在该时间段内结束。原边电流下冲到零点。 (6)(t5一t6)：原边电流下冲过零后开始负向增大。S2和S3都已导通，形成新的电流回路，开始新的功率输出过程。副边电压被箝位在低电平，出现占空比丢失过程。因此滞后臂死区时间设计是关键。

移相全桥大功率软开关电源的设计

移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低，而电流很大。电源的功率要求也比较高，一般都是几千瓦到几十千瓦。目前，如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源，输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调，满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术，同时采用了较好 的散热结构，该电源的各项指标都满足了用户的要求，现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出，高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构，整个主电路，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值，防止偏磁的。考虑到效率的问题，谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大，将会导致过高 的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。

开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中，滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡，图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后，功率母排的温升为38℃，电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升，我们最终采用了容性功率母排，图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出，谐振基本消除，满载运行一小时后，无感功率母排的温升为11℃，电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构，使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗，输出整流二极管采用多只大电流（400A）、耐高电压（80V）的肖特基二极管并联使用。而且，每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样，每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时，次级整流二极管配上了RC吸收网络，以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗，有利于效率的提高。 对于大电流输出来说，一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件，并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方

IR2181S驱动芯片在全桥电路中应用设计和注意事项

IR2181S驱动芯片在全桥电路中应用设计和注意事项 摘要:三相全桥技术具有应用广泛,控制方便,电路简单等特点,因此,广泛应用于逆变电源,变频技术,电力电子等相关领域,但其功率MOSFET以及相关的驱动电路的设计直接与电路的可靠性紧密相关,如MOSFET的驱动电路设计不当,MOSFET很容易损坏,因此本文主要分析和研究了成熟驱动控制芯片IR2181S组成的电路,并设计了具体的电路,为提高MOSFET 的可靠性作一些研究,以便能够为设计人员在设计产品时作一些参考。关键 词:IR2181S驱动芯片;MOSFET;全桥电路;自举电路设计;吸收电路IR2181S的结构和驱动电路设计IR2181S是IR公司研发的一款专用驱动芯片电其内部结构参考图1:主要由:低端功率晶体驱动管,高端功率晶体驱动管,电平转换器,输入逻辑电路等组成。IR2181S优点是可靠性高,外围电路简单。它驱动的MOSFET高压侧电压可以达到600V,最大输出电流可达到1.9A(高端)2.3A(低端)。具体设计电路时如将MOSFET或IGBT 作为高压侧开关(漏极直接接在高压母线上)需在应用的时候需要注意以下几点: (1)栅极电压一定要比漏极电压高10-15V,作为高压侧开关时,栅极电压是系统中电压最高的。(2)栅极电压从逻辑上看必须是可控制的,低压侧一般是以地为参考点的,但在高端是就必须转换成高压侧的源极电位,相当于将栅极驱动的地悬浮在源极上,所以在实际应用中栅极控制电压是在母线电压之间浮动的。(3)栅极驱动电路吸收的功率不会显著影响整个电路的效率。图2是以IR2181S驱动芯片设计的三相全桥电路: 图2中应用到三个IR2181S驱动芯片每路驱动一组桥臂,提供高端和低端两路驱动信号(HO*,LO*),以第一路桥臂为例(其它同理):IR2181S输入是由DSP或其他专用驱动信号发生芯片产生的高端和低端两路驱动信号,经过2181输出同样也为两路,但经过2181内部处理后输出的信号和输入控制信号完全隔离,输出电流可以达到2A,上图中IR218S低端输出(LO1)驱动下管的信号是以直流母线侧负端为参考点,输出信号幅值大概在15V左右满足MOSFET开通要求。高端输出是以U1为参考基准,电位浮在母线上,当上端开通时IR2181S通过自举电路 (C4,C5)将电压举升到栅极开启电压值。其电压值约为: UG=U母线 15V 上述电路中(以Q2为例)电容C4,C5和自举二极管组成的泵电路,其中自举电容和自举二极管等参数都是要经过精密计算的,其工作原理和计算方法如下: (1)工作原理:当电路工作时Vs被拉倒地(输出接负载) 15V通过二极管给自举电容C4,C5充电也因此给Vs一个工作电压满足了电路工作。(2)参数设计:计算电容参数时应考虑到以下几点, ①MGT栅极电荷; ②高压侧栅极静态电流; ③2181内部电平转换电路电流; ④MGT G和S 之间的电流。(备注:因自举电路一般选择非电解电容设计时电容漏电流可以忽略。) 此公式给出了对自举电容电荷的最小要求; Q=2Qg Iqbs/f Qls Icbs/f 注:Qg为高端MOSFET栅极电荷。 f为系统工作频率。 Icbs为自举电容漏电流(本电路为非电解电容可忽略不计)。Qls为每个周期内电平转换电路对电荷的要求。(500/600V IC 为5nc 1200V IC为20nc)。Iqbs为高端驱动电路静态电流。上述计算的电荷量是保证芯片正常工作的前提条件,只有保证自举电容能提供足够的电荷和稳定的电压才不

移相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计

移相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计 摘要：阐述了零电压开关技术(ZVS)在移相全桥变换器电路中的应用。分析了电路原理和各工作模态，给出了实验结果。着重分析了主开关管和辅助开关管的零电压开通和关断的过程厦实现条件。并且提出了相关的应用领域和今后的发展方向。关键词：零电压开关技术；移相控制；谐振变换器 0 引言 上世纪60年代开始起步的DC／DC PWM功率变换技术出现了很大的发展。但由于其通常采用调频稳压控制方式，使得软开关的范围受到限制，且其设计复杂，不利于输出滤波器的优化设计。因此，在上世纪80年代初，文献提出了移相控制和谐振变换器相结合的思想，开关频率固定，仅调节开关之间的相角，就可以实现稳压，这样很好地解决了单纯谐振变换器调频控制的缺点。本文选择了全桥移相控制ZVS-PWM谐振电路拓扑，在分析了电路原理和各工作模态的基础上，设计了输出功率为200W的DC／DC变换器。 1 电路原理和各工作模态分析 1．1 电路原理 图1所示为移相控制全桥ZVS—PWM谐振变换器电路拓扑。Vin为输入直流电压。Si(i=1．2．3，4)为第i个参数相同的功率MOS开关管。Di和Gi(i=l，2，3，4)为相应的体二极管和输出结电容，功率开关管的输出结电容和输出变压器的漏电感Lr作为谐振元件，使4个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。S1和S3构成超前臂，S2和S4构成滞后臂。为了防止桥臂直通短路，S1和S3，S2和S4之间人为地加入了死区时间△t，它是根据开通延时和关断不延时原则来设置同一桥臂死区时间。S1和S4，S2和S3之间的驱动信号存在移相角α，通过调节α角的大小，可调节输出电压的大小，实现稳压控制。Lf和Cf构成倒L型低通滤波电路。 图2为全桥零电压开关PWM变换器在一个开关周期内4个主开关管的驱动信号、两桥臂中点电压VAB、变压器副边电压V0以及变压器原边下面对电路各工作模态进行分析，分析时时假设：

单相全桥逆变电路原理

单相全桥型逆变电路原理 电压型全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成，共4个桥臂，桥臂1和4为一对，桥臂2和3为另一对，成对桥臂同时导通，两对交替各导通180° 电压型全桥逆变电路输出电压uo 的波形和半桥 电路的波形uo 形状相同，也是矩型波，但幅值 高出一倍，Um=Ud 输出电流io 波形和半桥电路的io 形状相同，幅值增加一倍 VD1 、V1、VD2、V2相继导通的区间，分别对应VD1和VD4、V1和V4、VD2和VD3、V2和V3相继导通的区间 + - VD 3 VD 4

单相半桥电压型逆变电路工作波形 全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的， 对电压波形进行定量分析将幅值为Uo 的矩形波 uo 展开成傅里叶级数，得 其中基波幅值Uo1m 和基波有效值Uo1分别为 上述公式对半桥逆变电路也适用，将式中的ud 换成Ud /2 d d o1m 27.14U U U == π d d 1o 9.022U U U == π O ON u o U - U m i o VD 1 VD 2 VD 1 VD 2 ?? ? ??+++= t t t U u ωωωπ5sin 513sin 31sin 4d o

uo 为正负电压各为180°的脉冲时，要改变输出电压有效值只能通过改变输出直流电压Ud 来实现 t 1时刻前V 1和V 4导通，输出电压u o 为u d t 1时刻V 3和V 4栅极信号反向，V 4截止，因i o 不能突变，V 3不能立即导通，VD 3导通续流，因V 1和VD 3同时导通，所以输出电压为零 各 IGBT 栅极信号uG1~uG4及输出电压uo 、输出电流io 的波形 u u u u i o u o 实际就是调节输出电压脉冲的宽度 ? 各IGBT 栅极信号为180°正偏， 180°反偏，且V 1和V 2栅极信号互补，V 3和V 4栅极信号互补 ? V 3的基极信号不是比V 1落后 180°，而是只落后θ ( 0< θ <180°) ? V 3、V 4的栅极信号分别比V 2、V 1 VD 3 VD 4 采用移相方式调节逆变电路的输出电压

ZVS移相全桥变换器设计

电气工程学院课程设计说明书 设计题目： 系别： 年级专业： 学生姓名： 指导教师：

电气工程学院《课程设计》任务书 课程名称：电力电子与电源综合课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：朱艳萍 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。 电气工程学院教务科

电力电子与电源课程设计组内自评表

摘要 首先，本文阐述PWM DC/DC变换器的软开关技术，且根据移相控制PWM全桥变换器的主电路拓扑结构，选定适合于本论文的零电压开关软开关技术的电路拓扑，并对其基本工作原理进行阐述，同时给出ZVS软开关的实现策略。 其次，对选定的主电路拓扑结构进行电路设计，给出主电路中各参量的设计及参数的计算方法，包括输入、输出整流桥及逆变桥的器件的选型，输入整流滤波电路的参数设计、高频变压器及谐振电感的参数设计以及输出整流滤波电路的参数设计。 然后，论述移相控制电路的形成，对移相控制芯片进行选择，同时对移相控制芯片UC3875进行详细的分析和设计。对主功率管MOSFET的驱动电路进 最后，基于理论计算，对系统主电路进行仿真，研究其各部分设计的参数是否合乎实际电路。搭建移相控制ZVS DC/DC全桥变换器的实验平台，在系统实验平台上做了大量的实验。 实验结果表明，本文所设计的DC/DC变换器能很好的实现软开关，提高效率，使输出电压得到稳定控制，最后通过调整移相控制电路，可实现直流输出的宽范围调整，具有很好的工程实用价值。行分析和设计。 关键词开关电源;高频变压器;移相控制;零电压开关;UC3875

全桥变换器主电路分析

全桥变换器主电路分析 王振存 2006.04 1.电源概述 本电源，额定电流1000A。主电路采用全桥拓扑结构，两路并联的供电方式。主电路原理框图如图1所示。 2. 输入整流滤波电路的设计 电源交流输入采用三相三线输入方式，经三相桥式整流器输出脉动直流，经直流母线滤波供给后级功率变换电路。输入整流电路如图2所示。 图 1 对图中元件说明如下： D1-D6：三相整流桥，PE：输入端保护熔断器，PV压敏电阻； R56缓起电阻，C5、C6、C7：共模滤波电容； KA：接触器，C8直流母线滤波电容： 为限制刚开始投入时电解电容充电产生的电流浪涌，在输入整流电路增加了缓起电路。具体工作原理是，电源经外部加电，此时A、C线电压经R56、R55、D1、D2、D5、D6给电容充电，直流母线电压慢慢上升，上升到辅助电源启动电压时，辅助电源工作控制板得电将接触器闭合，将R56、R55短路，缓起动过程结束。 输入滤波电容的选择过程如下：取整流滤波后的直流电压的最大脉动值为低

交流峰值电压的10％，按照下面步骤计算电容的容量： ● 输入电压的有效值%10380±V 即342V ～418V; ● 输入交流电压峰值：482V ～591V ； ● 整流滤波后直流电压的最大脉动值：V V 2.4810482％＝?; ● 整流后直流电压的范围：433.8V ～542.8V ； ● 电源总功率按50KW 计算则等效电阻为Ω== 76.350000 8.4332 L R ; ● 一般取放电时间常数τ=R L C=(3~5)T/6故最小电容F C μ265076 .301.0== ； 3. 全桥逆变电路工作状况分析 3.1 工作模态分析 电源由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成。全桥逆变器的主电路如图2所示，由四功率管Q1~Q4及其反并二级管D1~D4,和输出变压器（L LK 为主变压器漏感），吸收电路，隔直电容等组成。 LD R V 图2 在一个开关周期中，电流连续的情况下，全桥变换器共有有4种开关模态。 在t0时刻，对应于图3（a ）。Q1、Q4导通。电压经Q1、Q4、C3、加到变压

1KW移相全桥变换器设计

课程设计 课程名称电力电子技术课程设计 题目名称1kW移相全桥直流变换器设计专业班级11级电气工程及其自动化学生姓名 学号 指导教师 二○一四年四月十三日 目录

一，设计内容和要求 (3) 1.1 主电路参数 (3) 1.2 设计内容 (3) 1.3 仿真波形 (3) 二，设计方案 (3) 2.1 主电路工作原理 (3) 2.2 芯片说明 (4) 2.2.1采用的芯片说明 (4) 2.2.2 UCC3895引脚说明 (5) 2.2.3 UCC3895工作原理 (6) 图2-4 基于ucc3895芯片的控制电路图 (8) 2.3控制电路设计 (8) 三，设计论述 (8) 3.1电路参数设计： (8) 3.1.1 主电路参数： (8) 3.1.2 变压器的设计 (9) 3.1.3 输出滤波电感的设计 (10) 3.1.4 功率器件的选择 (11) 3.1.5 谐振电感的设计 (12) 3.1.6 输出滤波电容和输入电容和选择 (13) 四，仿真设计 (14) 五，结论 (15) 六，参考文献 (16)

一，设计内容和要求 Vin=300VDC，Vo=48VDC，Po=1kW，fs=100kHz，输出电压纹波为0.1V 1.2 设计内容 主电路：选择开关管、整流二极管型号，计算滤波电感感值、滤波电容容值，谐振电感感值、占空比、变压器匝比等电路参数。 控制电路：UCC3895芯片周边元器件参数 1.3 仿真波形 给出仿真电路，得到仿真波形 二，设计方案 2.1 主电路工作原理 控制主要有两种：双极性控制和移相控制，本设计主要使用移相控制。由图2-2可见，电路结构与普通双极性PWM变换器类似。Q1、D1和Q4、D4组成超前桥臂、Q2、D2和Q3、D3组成滞后桥臂；C1～C4分别是Q1～Q4的谐振电容，包括寄生电容和外接电容；Lr是谐振电感，包括变压器的漏感；T副方和DR1、DR2组成全波整流电路，Lf、Cf组成输出滤波器，R1是负载。Q1和Q3分别超前Q4和Q2一定相位(即移相角)，通过调节移相角的大小来调节输出电压。由图2可见，在一个开关周期中，移相全桥ZVS PWM DC-DC变换器有12种开关模态，通过控制4个开关管Q1～Q4在A、B两点得到一个幅值为Vin的交流方波电压；经过高频变压器的隔离变压后，在变压器副方得到一个幅值为Vin／K的交流方波电压，然后通过由DR1和DR2构成的输出整流桥，得到幅值为Vin／K的直流方波电压。这个直流方波电压经过 Lf和Cf组成的输出滤波器后成为一个平直的直流电压，其电压值为Uo=DVin／K(D是占空比)。Ton是导通时间Ts是开关周期(T=t12-t0)。通过调节占空比D来调节输出电压Uo。

移相ZVS-PWM全桥变换器综述

移相ZVS-PWM全桥变换器概述 摘要:移相ZVS-PWM DC/DC全桥变换器巧妙利用变压器漏感和开关管的结电容来完成谐振过程，使开关管实现零电压开关(ZVS)，从而减少了开关损耗。重点简述了该类变换器的基本原理，介绍了几种常见的拓扑，并简要地分析了它们的优缺点，最后指出了其发展方向。 关键词:移相全桥变换器零电压开关（ZVS） Overview of Phase Shift ZVS-PWM Full Bridge Converter Abstract:Phase shift PWM DC/DC full bridge converter completing resonance procedure through leakage inductance of the transformer and junction capacitor of switch. It can make the switch achieve ZVS, decreasing the switching loss and interference .This paper describes the basi c principle of the converter, introduce several common topology, some common topologies as well as their advantages and drawbacks are discussed and analyzed. Finally it points out the development direction of the Converter. Key words:phrase shift，full bridge converter，ZVS 引言 全桥变换器广泛应用于中大功率的直流变换场合，近些年来，其软开关技术吸引了国内外学者的广泛关注，出现了很多控制策略和电路拓扑，其中移相控制是目前研究较多的控制方式，而以移相全桥零电压开关变换器(FB-ZVS-PWM)应用更为广泛。这种控制方式实际上是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合，巧妙利用变压器漏感和开关管的结电容来完成谐振过程，实现开关管的ZVS，拓扑结构简洁，开关频率恒定，广泛应用在中、大功率场合。它通过移相控制方式，使功率开关管实现了软开关导通和关断，减小了开关管损耗，提高了整机频率，提高了功率密度，保持了恒频控制，减小了开关管的电流及电压应力，可实现高频化。但它也存在滞后臂只能在较窄负载范围内实现软开关、占空比丢失严重、转换效率较低等不足之处。为解决以上问题，很多学者提出了不同的解决方法，但就目前的技术状况而言，移相全桥ZVS-PWM变换器还有待于进一步研究[1,2]。 1 传统FB ZVS-PWM DC/DC全桥变换器[3,4] 该变换器主回路如图1所示。4个开关管两端并联电容或利用开关管的寄生电容，并利用变压器的漏感即可实现开关管的零电压关断。而要实现开关管的零电压开通，必须要有回路来释放开关管结电容(或外部附加电容)上的电荷，并给同一桥臂将要关断的开关管结电容(或外部附加电容)充电。图中桥对角的两个开关管作为一组，每组同时断开或接通，两组轮流工作，在一周期中的短时间内，四个开关将均处于断开状态。四个开关管导通（或关断）占空比均相等。 该变换器的优点是功率开关管实现了ZVS，减小了开关损耗，降低了开关噪声，提高了效率，并且电路结构简单，保持了恒频率控制。其主要缺点为：①滞后臂开关管在轻载下很难实现ZVS，通常要增加谐振电感来实现；②漏感或加谐振电感带来占空比丢失；③原边有较大环流；增加了系统的通态损耗，降低了变换效率；④漏感和副边整流二极管及电容会产生电压尖峰和电压振荡，会进一步降低变换效率。

全桥移相PWM开关电源的数字化控制方案(精)

第 45卷第 9期 2011年 9月 电力电子技术 Vol.45, No.9September 2011 Power Electronics 图 2主电路图 定稿日期 :2011-05-16 作者简介 :石宏伟 (1978-, 女 , 江苏江阴人 , 讲师 , 研究方向为电子技术应用和高频开关电源的设计与应用。 1引言 近年来, 随着数字技术的不断发展, 数字控制

越来越多地被引入开关电源的设计中。数字控制克服了以往全桥移相 PWM 开关电源 DC/DC电路中模拟控制芯片存在的误差、老化、温度影响、漂移、非线性不易补偿等缺点,提高了电源的灵活性、适应性和可靠性 [1]。在此对全桥移相 PWM 开关电源的数字化控制方案进行了研究,在分析主电路和控制电路各环节理论的基础上设计了一款数字控制方式的 20kHz 全桥移相 PWM 开关电源,并应用 Pspice 仿真软件对开关电源主电路的运行情况进行了仿真,仿真和实验结果均表明系统设计可行, 性能指标基本可以满足设计要求。 2PWM 开关电源的 DSP 实现方案 该开关电源主要由主电路和以 DSP 为核心的 控制电路组成。控制电路主要包括 DSP 数字控制 器、 IGBT 驱动电路、检测电路、保护电路以及辅助电源电路, 如图 1所示。 2.1主电路的设计 图 2示出主电路 [2]。 U dc 为 220V 单相交流电源 经整流滤波后的输出直流电压,经由 VT 1~VT 4构成的逆变电路产生高频开关脉冲,再经高频变压器, 在次级线圈感应出交变的方波脉冲, 由全波整流电路和 LC 滤波器消除高频成分、电流冲击并减小电路的纹波系数, 得到所需的恒定直流电压。 逆变电路采用单相全桥逆变器结构, 4个功 率开关器件 IGBT 在 DSP 控制回路作用下作周期性的开关动作,将直流电压逆变成频率为 20kHz 的脉冲电压。采用 PWM 方式保持开关频率不变, 全桥移相 PWM 开关电源的数字化控制方案

移相全桥变换器的建模与仿真.

移相全桥变换器的建模与仿真 由于开关电源是一个线性与非线性相结合的综合系统，给系统的动态研究和设计带来很多不便。本文主要是用状态空间平均法来进行建立模型，它是由美国加里福尼亚理工学院的R．D．MiddlebrOOk于1976年提出的。这种方法不仅简化了计算过程，使各种不同结构变换器的解析模型具有了统一的形式，而且操作性更强，工作人员仍可以用波德图(Bode Plot)或者奈奎斯特(Nyquist)定理来对系统进行系统稳定的判定。 1 建模 由于移相全桥变换器可由Buck变换器变化而来，首先根据Buck变换器的原理，采用状态空间平均法，建立Buck变换器的小信号模型。为简单起见，本文简化变换器，使其工作在理想状态，即状态转换是瞬间完成的，在任何时候都只有两种状态存在——导通或关断。选择电感电流iL和电容电压Uc为状态参量，输出电压Uo和输入电流Is为输出参量，Ui为输入参量，D为晶体管占空比。如图l所示。 1)变换器工作在CCM状态下，由图2可知，在0≤t≤DTs时间段内， 2)变换器工作在DCM状态下，由图3可知，在DTs≤t≤Ts时间段内， 二极管的导通占空比为D’=1一D，则基本的状态平均方程组为： 将上面各式代入到(10)式并减去式(11)得扰动方程为 由于变压器存在漏感Lr，使得移相全桥变换器的有效占空比为Deff，它总小于原边占空比D，则有效占空比的计算如下式： 由(16)式可看出，IL、Ui、D的扰动都会使有效占空比Deff发生扰动，而这三种不同的扰动量di、du、dd的表达式分别为 从而得到移相全桥变换器的小信号等效电路模型如图4所示。 根据图4导出移相全桥变换器主电路的传递函数，

电流型移相全桥DCDC变换器研究

电流型移相全桥DC/DC变换器研究 [ 2007-07-26 21:16:17] 字体大小： 摘要:重点分析了ZCS 电流型移相全桥DC/DC 变换器的启动工作过程,通过在升压电感上附加一个耦合线圈,改进了变换器的启动特性;并给出了实验结果. 关键词:ZCS;全桥相移;启动电路 0 引言 移相全桥零电流开关DC/DC 变换器是一种适用于大功率开关电源的软开关电路.它具有主电路结构简单,易于实现高频化;变压器的漏感可以纳入谐振电路实现功率器件软开关;主电路采用IGBT时,电压应力也很小.因为电路中IGBT的关断是在零电流条件下,可以有效地抑止IGBT由于拖尾电流带来的关断损耗.主电路变压器匝比小则有更容易避免饱和的优点[1][2]. 1 燃料电池并网系统 本论文研究的是一个输入电压为100 V,输出依380 V的DC/DC 变换器,应用于燃料电池并网发电系统,完成燃料电池输出和并网逆变器输入之间升压功能.系统结构框图如图1 所示[3],其所采用的DC/DC 升压装置原理如图2 所示. 图1 燃料电池并网系统 图2 移相全桥DC/DC 升压变换器 本文所分析的电路,通过输入电感储能向输出端供电,类似与Boost 电路,由于在启动过程中,输出电压从0 开始逐渐增大,在启动的一段时间范围内,输入电感始终处于充电状态,电感电流持续增大,最终导致输入 电流过流.另外,在输出端也会有类似Boost电路的电压超调现象,使得输出电压过压.因此如何解决电流型D C/DC变换器启动过程中出现的输入过流、输出过压问题,成为此种电流型DC/DC 变换器能否应用于燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的关键技术之一. 2 电路控制原理 图3 所示为主电路IGBT驱动的时序,电路工作原理类似于Boost 电路.具体分析见参考文献[3].