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]

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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].

图3 相移控制时序

为了达到快速调整输出电压、输入电流的目的,在该DC/DC 变换器中采用输出电压外环和输入电流内环构成的双环控制系统.参考电压Vref作为电压外环的给定,电压外环的输出作为电流内环的给定.由于电流内环的作用,使闭环响应速度加快,并有效限制输出电流纹波,控制框图如图4所示.同时,由于电压外环的作用使输出电压有效控制在后级逆变器所要求的电压值的范围内.

图4 DC/DC 变换器的控制框图

3 电流型DC/DC变换器启动电路的设计

本文所采用的启动电路结构如图5 所示,在输入电感上附加一个耦合线圈.

图5 输入电感加耦合线圈的主电路

在电路启动过程中,给原边的四个IGBT加上完全相同的控制信号,即采用同时开通或同时关断的方式,此时,电路主变压器被短路,整个电路等效为一个flyback 拓扑.为减小桥臂上开关管电压应力,在电感原边安装RCD 吸收电路.为限制启动电流增大过快,启动时占空比从0 逐渐增大.具体的控制逻辑如图6 所示,采用三角波和逐渐增大的一个电平信号比较得到占空比逐渐增大的PWM波形.

图6 电路启动时占空比的变化

在启动工作模式下,电路共分两种工作模式.

3.1 模式1(充电模式)

S1~S4同时开通时工作,其过程如图7所示.

图7 启动状态模式1

输入电压Ud 给电感充电,负载通过输出端大电容续流,整流二极管Df上没有电流流过.假设n为输入电感上耦合线圈和原边线圈的比值,则此时整流二极管Df上反向电压应力为

VDf=nVd+Vout (1)

3.2 模式2(供电模式)

S1~S4同时关断,其工作过程如图8 所示.

输入电感上的能量通过耦合在上面的副边线圈和整流二极管Df 向负载端释放,并给输出的大电容充电.此时原边开关管的电压应力为

V= Vnout +Vd (2)

由于启动过程可完全等效成一个反激电路,启动过程的最大输出电压理论上等于占空比最大时输出的电压,即

Vout= nD

1-D Vd (3)

当启动电路的占空比达到最大值时,切换到正常工作模式,由于输出电容已经被充电到一个预定值,因此,切换过程中输入电感不过流[4].

4 实验波形

电路实验条件如下:输入电压:DC 90V,两路输出电压:380 V,两路负载各180Ω,启动模式下两路输出各带死负载500Ω.

图9 中桥臂1 的波形和理论分析的波形一致.

图9 桥臂1 上的电压波形(50V/div)

由图10 可得,输入电流为20A.

图10 输入电流波形(10 A/div)

输出电压为380V,而单路输出电压的纹波为2V,相当于单路输出电压380V的0.5%.

图11 为由启动模式切换到正常工作相移模式时的单路输出电压波形.由图11 可见,输出电压在切换时的超调量约为30V,基本解决了电流型全桥相移DC/DC 变换器启动过程中电压超调的问题.

图11 启动和启动至切换的单路输出电压(50v/div)

图12 所示为启动时4 个开关管之一上的电压波形,此时电压波形为处于切换前的电压波形,等效的flyba ck 工作占空比已经从0 升高到约为0.5.

图12 启动状态下全桥臂S1及S3上的电压(50V/div)

图13 所示为启动时输入电流波形.由图13可见,输入电流波形和反激电路flyback工作时输入电流波形是一致的.

图13 输入电流(10A/div)

切换至相移工作模式时后(两路输出各带500赘死负载)输入电流波形如图14 所示.

图14 5A/div

5 结语

ZCS 全桥相移DC/DC 变换器具有以下优点[3]器原边功率器件IGBT实现零电流关断,有效减小了开关损耗,提高了效率.

通过一个在输入电感上耦合上一个线圈于输出端相连接可以实现电路的软启动,抑止了传统电流型电路启动时候的过流和过压问题。

移相全桥

移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源？请见下文详解。主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A.采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS.电路结构简图如图1,VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS,Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T为主变压器，副边由 VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4,而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4,在关断 VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2,则VT2即是零电压开通。

桥式直流PWM变换器仿真分析解析

黑龙江大学课程设计说明书学院：机电工程学院专业：电气工程及其自动化课程名称：电力电子技术设计题目：桥式直流PWM变换器仿真姓名：学号：指导教师：成绩：

目录第一章课程设计的性质和目的 (2) 第二章课程设计的内容 (2) 第三章设计报告要求 (2) 第四章参考资料 (2) 第五章课程设计的题目 (3) 第六章课程设计的内容 (3) 6.1总体电路的功能框图及其说明 (3) 6.2单相桥式PWM逆变电路 (3) 6.3控制电路 (4) 6.4驱动电路 (5) 6.5缓冲电路 (6) 6.6双极性PWM控制方式 (6) 6.7单极性PWM控制方式 (9) 第七章心得与体会 (11) 第八章参考文献 (13) 附录：评分标准 (14)

一、课程设计的性质和目的性质：是电气自动化专业的必修实践性环节。目的： 1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。 2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。 3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。 4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。 5、提高学生课程设计报告撰写水平。 6、加深理解《电力电子技术》课程的基本理论； 7、初步掌握电力电子电路的设计方法。二、课程设计的内容： 1、整流电路的选择 2、整流变压器额定参数的计算 3、晶闸管（全控型器件）电压、电流额定的选择 4、平波电抗器电感值的计算 5、保护电路（缓冲电路）的设计 6、触发电路（驱动电路）的设计 7、画出完整的主电路原理图和控制电路原理图 8、用MATLAB进行仿真，观察结果三、设计报告要求依据“课程设计说明书”（电子文档）的模板格式撰写。内容应包括： 1、主电路设计说明 2、控制电路设计说明 3、仿真结果讨论（说明是否达到设计指标的要求） 4、附录：主电路和控制电路原理图四、参考资料电力电子技术教材及相关资料

移相电路原理及简单设计综述

移相电路总结（multisim10仿真）2012.7.2 原来是导师分配的一个小任务，由于书中没有现在的电路，故查找各方面资料，发现资料繁多，故自己把认为重要的地方写下来，如有不足之处请多多指正。 1、移相器：能够对波的相位进行调整的仪器 2、原理接于电路中的电容和电感均有移相功能,电容的端电压落后于电流90度,电感的端电压超前于电流90度,这就是电容电感移相的结果; 先说电容移相,电容一通电,电路就给电容充电,一开始瞬间充电的电流为最大值,电压趋于0,随着电容充电量增加,电流渐而变小,电压渐而增加,至电容充电结束时,电容充电电流趋于0,电容端电压为电路的最大值,这样就完成了一个充电周期,如果取电容的端电压作为输出,即可得到一个滞后于电流90度的称移相电压; 电感因为有自感自动势总是阻碍电路中变量变化的特性,移相情形正好与电容相反,一接通电路,一个周期开始时电感端电压最大,电流最小,一个周期结束时,端电压最小,电流量大,得到的是一个电压超前90度的移相效果; 3、基本原理 (1)、积分电路可用作移相电路 (2)RC 移相电路原理其中第一个图此时，R:0→∞ ,则φ：其中第二个图此时，R:0→∞ ,则φ：而为了让输出电压有效值与输入电压有效值相等 C C u i u o R R u i u o φU R U C U I 图1 简单的RC 移相

1 U 2 U + _ R R c d +_a C C 图2 幅值相等 . ..2cb db U U U =- (111) 1 1111R j RC j C U U U j RC R R j C j C ωωωωω-=-=+++ 212 1()2arctan 1() RC U RC RC ωωω+= ∠-+ 其中 2211 2 1()1() RC U U U RC ωω+= =+ 22arctan()RC ?ω=- 4、改进后的移相电路一般将RC 与运放联系起来组成有源的移相电路。 u i u o R 1 C R R 2 u i u o R 1 C R R 2 图3 0~90°移相图4 270°~360°移相

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

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

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直流变换器开题报告汇总

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种产品是相同的,这给系统设计师选用该产品时造成困难。设计师们考虑的最重要的事是:对产品的性能价格比进行综合平衡,决定取舍。需求和市场决定制造厂的发展战略目前,对制造厂家而言,面临着要求降低噪声、减小尺寸以及提高功率和效率的挑战和市场竞争。现扼要介绍几家公司的做法。当今,在任何一个计算机系统中,各种电源都是以插件形式出现的。供应厂商均按用户的要求作相应改动以适应需求。DC/DC直流变换器的军品市场占很大比重,但增长缓慢。分析家们预测:到1996年,DC/DC变换器最大市场将是计算机和通信领域。美国InterPoint公司的研究开发战略是:针对军用及宇航系统应用,提供一种更便宜、功率更大、性能更好的产品,它们比现有DC/DC 变换器有全面改进。预计今后几年的实际问题仍是产品价格。采用模块化方法可以降低成本,同时提高DC/DC变换器输出功率。一些应用系统要求功率高达2KW,如果采用200W的产品去构建系统,至少要10～12个产品,既麻烦也影响系统可靠性。该公司认为必须研制出功率比200W大2～3倍的大功率电源,而且单件成本控制在1.3～1.7倍才合适。模块化方法,可以通过消除非重复工程成本(NRE)使系统成本降低。这种模块化的器件也是分布式供电系统的基本构件。鉴于分布式供电比集中供电系统有更多优点,而绝大多数应用系统要求在母线级上直流电压要分别供给不同逻辑电路各种电压,例如+5V、+12V、+3.3V 等等。一些厂家利用板级(on-Card)DC/DC变换器来实现,另一些供应商则把几种输出合在一起,把电源放在靠近需要供电的电路板上。

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3.5整体电路图设计 (2) 第4章设计仿真 (2) 4.1仿真软件使用 (2) 4.2电路仿真 (2) 4.3数据记录 (2) 第5章实物测试 (2) 5.1仪器使用（电路板设计） (2) 5.2电路搭建（电路板制作） (2) 5.3数据记录（电路板安装） (2) 第6章结果分析 (2) 6.1结论分析 (2) 6.2设计工作评估 (2) 6.3体会 (2) 第1章方案设计与论证 1.1RC串联电路图1.1所示所示RC串联电路，设输入正弦信号，其相量，若电容C 为一定值，则有，如果R从零至无穷大变化，相位从到变化。图1.1RC串联电路及其相量图另一种RC串联电路如图1.2所示。图1.2RC串联电路及其相量图同样，输出电压的大小及相位，在输入信号角频率一定时，它们随电路参数的不同而改变。若电容C值不变，R从零至无穷大变化，则相位从到变化。 1.2X型RC移相电路当希望得到输出电压的有效值与输入电压有效值相等，而相对输入电压又有一定相位差的输出电压时，通常是采用图1.3（a）所示X型RC移相电路来实现。为方便分析，将原电路改画成图1.3（b）所示电路。（a）X型RC电路（b）改画电路图1.3X型RC移相电路及其改画电路

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

移相全桥电路

主题: 移相全桥滞后臂驱动波形疑问: 移相全桥软开关，2000w电源，驱动波形不正常。大家帮忙分析一下，黄色为ds波形。蓝色为驱动波形疑问： 1.为什么ds有震荡？ 2.这是滞后臂下管驱动波形。为什么关段时死区时间没有了。滞后臂上管的驱动波形正好和下管相反，开通时死区时间没有了？ 3、谐振电容和电感应该选择多大的？ Answer： 1、驱动凹下去的那块是米勒效应区，这个可以加大驱动能力减弱。 2、关断时死区没有了，在驱动变压器副边加快速关断电路试试，或者就是在驱动电阻上反并联一个二极管。 3、谐振参数计算是比较的复杂的，一般2KW电压，取15UH就可以了，当然得看看您的变压器变比，输出电流折算到原边的大小，来确定。 I为原边电流，CMOS为MOS并联电容大小，您可以自己算算了，您这样的一个参数15UH 偏小了，我看您的波形您已经软开关了啊。 4、是实现软开关了但是滞后臂的驱动波形在关断是死区时间还不是很好所以经常炸管。

这是原边电流波形变压器原边电压波形变压器副边电压波形输出整流二极管电压波形

Answer：滞后臂炸管：第一个排除：过温问题，看看您的MOS管的稳定是否超过降额。第二个排除:死区时间问题，您的滞后臂死区时间是否大于您的体二极管的反向恢复时间呢？这个一定要大于，必须的大于。第三个：您的驱动是否收到干扰呢，波形是否很干净。您发的波形基本没发现什么问题，您为什么不加个原边牵位二极管呢，把输出震荡搞定呢？ 1、对于死区时间你要实测你管子哪里的驱动，用示波器读出来，因为很多的时候设置变压器驱动死区会和你设置的不一致的。 2.、IGBT比较适合做零电流，因为他的拖尾电流严重，做零电压没意义的，MOS适合零电压的。 3、IGBT必须加负压关断才比较的可靠。

LLC移相全桥

移相全桥学习笔记在早期的大功率电源（输出功率大于1KW）应用中，硬开关全桥(Full-Bridge)拓扑是应用最为广泛的一种，其特点是开关频率固定，开关管承受的电压与电流应力小，便于控制，特别是适合于低压大电流，以及输出电压与电流变化较大的场合。但受制于开关器件的损耗，无法将开关频率提升以获得更高的功率密度。例如：一个5KW的电源，采用硬开关全桥，即使效率做到92%，那么依然还有400W的损耗，那么每提升一个点的效率，就可以减少50W的损耗，特别在多台并机以及长时间运行的系统中，其经济效益相当可观。随后，人们在硬开关全桥的基础上，开发出了一种软开关的全桥拓扑——移相全桥(Phase-Shifting Full-Bridge Converter，简称PS FB)，利用功率器件的结电容与变压器的漏感作为谐振元件，使全桥电源的4个开关管依次在零电压下导通(Zero voltage Switching，简称ZVS)，来实现恒频软开关，提升电源的整体效率与EMI性能，当然还可以提高电源的功率密度。上图是移相全桥的拓扑图，各个元件的意义如下： Vin：输入的直流电源 T1-T4：4个主开关管，一般是MOSFET或IGBT T1,T2称为超前臂开关管，T3,T4称为滞后臂开关管 C1-C4：4个开关管的寄生电容或外加谐振电容 D1-D4：4个开关管的寄生二极管或外加续流二极管 VD1,VD2:电源次级高频整流二极管 TR：移相全桥电源变压器 Lp：变压器原边绕组电感量 Ls1,Ls2:变压器副边电感量 Lr：变压器原边漏感或原边漏感与外加电感的和 Lf：移相全桥电源次级输出续流电感 Cf: 移相全桥电源次级输出电容 R L: 移相全桥电源次级负载

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：

移相电路

【摘要】：正移相电路的应用很广,如闸流管控制点火时间;相敏整流或相敏放大电路中要求栅极和板极电压在初始时具有一定的相位关系;以及在自动控制或测量放大等电路中都需要移相电路.一般对移相电路的要求有四:第一,具有大的移相幅度;第二,输出电压相移变化时幅度不变或变化很小;第三,能给出一定的功率;第四,效率高.这四要求的主次视具体情况而定,如要求大功率输出时,以后两项要求为主;但在小功率输出时以前两项要求为主.下面来介绍一种常见的移相电路(图1)的设计法,这电路的特点是在移相幅度很大时,输出电压变化很小,且能输出一定的功率. 摘要：介绍了一种具有单脉冲和双脉冲模式，并具有缺相保护功能和三相全数字移相触发电路的设计方案，该移相触发电路的相移由输入直流电平连续调节，而输出脉冲则使用100～125kHz方波调制。文中阐述了电路的工作原理，并给出了部分模拟结果。关键词：移相触发电路；A／D转换；缺相保护 1移相触发电路工作原理整个电路按功能可分为A／D转换模块（9bit－A／D）、移相模块（phase＿shift）、脉冲产生模块（pulse＿gen）、缺相保护模块（portect）、时钟模块（clock）、输出模块（out）等六个模块。其电路原理框图如图1所示。该电路在工作时，首先使正弦交流电压经过过零比较器以产生工频方波A并进入移相模块，同时将外部控制电压经过A／D转换的数字量也送入移相模块，然后由移相电路根据A ／D转换的结果和相对于工频方波的正负半周移动相应的角度后产生一窄脉冲PA（PA1、PA2）；再在PA的上升沿来触发脉冲产生电路以在相同的位置产生要求的脉宽的脉冲GA（GA1、GA2）；此脉冲经过时钟电路调制后产生要求的输出OUT（OA1，OA2）。其工作波形如图2所示（移相150°，双窄脉冲模式）。

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

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。

全桥变换器

Full-bridge converter变换器电气0810 赵玮08292053 题目：设计一Full-bridge converter变换器。输出电压48V，功率为100W。其中：输入电压为直流48V~8V。要求： 1.通过计算选参数把输出电压纹波Vp-Vp控制在2%之内。 2.主电路元器件的选用、控制芯片的选用、各种为改善电源质量的电磁兼容措施等，任由各位同学自己决定，但要说明选用的理由。 3. 要有：过压和欠压保护；短路保护；过电流保护措施

一、主电路工作原理及器件选择 1、全桥变换工作原理全桥变换器的主电路如下图1所示，其主要工作波形如下图2所示。仅需在全桥电路上增加一个谐振电感L或利用变压器漏感，便可通过L1与功率开关管输出电容Ci(i=1，2，3，4)的谐振，在电感储能释放过程中，使Ci上的电压u逐步下降到零，而使功率开关管体内的寄生二极管VDi(i=l，2，3，4)开通，使电路中4个开关器件实现零电压开通或零电流关断。通过改变对角线上开关管驱动信号之间的相位差来改变占空比，以达到控制输出电压的目的。变压器副边所接整流二极管VD5、VD6实现全波整流。 2、Full-bridge converter变换器结构图1

3、全桥变换器工作波形图2 4、参数计算和器件选择 1）变压器的选择为了在规定的输入电压范围内能够输出所要求的电压，变压器的变比应按最低输入电压U 选择。为了降低输出整流二极管的反向电压，为了提高高频变压器的利用率，减小开关管的电流，选择副边的最大占空比为0.85，则可计算出副边电压为： (max)sec(min)sec(max)o D LF V V V V D ++= 其中：0(max)V 是最高输出电压，即均充电压；d V 是输出整流二极管的通态压降；LF V 是输出滤波电感上的直流压降。取 (max)48(12%)49o V V =?+≈，d LF V =0.7V,V 1V =，所以sec(min)490.7163.3750.8 V V ++==，所以变压器原副边变比为

带飞跨电容的三电平全桥直流变换器输入中点电压的自平衡分析

2018年9月电工技术学报Vol.33 No. 18 第33卷第18期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Sep. 2018 DOI: 10.19595/https://www.360docs.net/doc/aa18860715.html,ki.1000-6753.tces.171245 带飞跨电容的三电平全桥直流变换器输入中点电压的自平衡分析刘朋陈昌松段善旭（华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉 430074）摘要输入中点电压平衡问题通常是三电平拓扑的研究重点，但是在现有的文献中针对三电平全桥（TLFB）直流变换器的输入中点电压平衡问题还没有深入分析。针对TLFB直流变换器，给出其详细的模态分析，进而揭示其中点电压偏移的原因，并说明飞跨电容能带来中点电压自平衡的功能。首先通过对比无飞跨电容的三电平半桥（TLHB）和TLFB变换器的供电模态，指出在对管关断不一致的情况下，TLFB电路也会出现单个分压电容提供负载电流的模态，从而导致输入中点电压偏移；之后针对带飞跨电容的TLFB电路进行模态分析，证明即使在对管关断不一致的情况下，飞跨电容的引入能极大缓解中点电压的偏移，从而实现自平衡；最后分析稳态情况下偏移电压的影响因素，推导带飞跨电容的TLFB电路中点电压稳态误差的数学表达式，该表达式能够对TLFB变换器中飞跨电容的设计提供理论指导。通过仿真和实验验证了所提方法的有效性。关键词：三电平全桥直流变换器中点电压平衡飞跨电容中图分类号：TM46 Self-Balance Mechanism Analysis of the Neutral Point Voltage in Three-Level Full Bridge DC-DC Converter with Flying Capacitors Liu Peng Chen Changsong Duan Shanxu （State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology School of Electrical and Electronic Engineering Huazhong University of Science and Technology Wuhan 430074 China） Abstract The balance of the neutral point voltage is always an important issue for the three-level topologies, but the deep analysis about the neutral point voltage balance in the three-level full bridge (TLFB) DC-DC converter has not been provided in publications. Focusing on the TLFB converter, this paper provides the detailed mode operation analysis of the converter and reveals the cause of the unbalanced neutral point voltage. Moreover, the mechanism of the self-balance ability brought by the flying capacitors is explained in detail. First, the supply modes of three-level half bridge (TLHB) and TLFB converters without flying capacitors are compared. It is pointed out that in the case of inconsistent turn-off of the diagonal switches, an individual input capacitor will have to provide the load current, resulting in an offset of the neutral point voltage. Then the detailed mode operation of TLFB with flying capacitor has been provided when the diagonal switches turn off inconsistently, which proves that flying capacitors can relieve the drift of the neutral point voltage and further achieve the self-balance of the neutral point voltage. At last, the influence factor of the voltage drift in steady 国家自然科学基金（51477067）和光宝电力电子技术科研基金（PRC20161047）资助项目。收稿日期 2017-08-29 改稿日期 2017-11-18