桥式变换器的仿真

目录

摘要................................................................................................................................ I 1 设计原理 . (1)

1.1 半桥变换器 (1)

1.1.1 半桥逆变器的概述 (1)

1.1.2 半桥变换器的电路结构及原理 (1)

1.1.3 半桥变换器的输入输出关系式 (3)

1.2 全桥变换器 (2)

1.2.1全桥逆变器的概述 (2)

1.2.2 全桥变换器的结构及原理 (2)

1.2.3 全桥变换器的输入输出关系式 (2)

2 仿真电路的设计 (2)

2.1 半桥变换器仿真电路 (2)

2.2 半桥变换器参数设置 (2)

2.3全桥变换器仿真电路 (2)

2.4 全桥变换器参数设置 (2)

3 仿真结果及分析 (2)

3.1 半桥电路仿真分析 (2)

3.2 全桥电路仿真分析 (2)

3.3 综合比较与分析 (2)

心得体会............................................................................................ 错误！未定义书签。参考文献.. (2)

摘要

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。而开关电源实质上就是直流DC/DC转换器。本设计采用的是隔离式DC/DC转换器。将400V的直流电先进行逆变，通过变压器隔离变压后再进行整流，最后的得到接近于25V的直流稳压电源。

由于逆变主电路以及整流主电路的形式多种多样，本次设计中逆变主电路结构采用半桥式和全桥式两种，整流主电路采用全波整流和桥式整流，因此最后的方案有四种，分别是：半桥全波变换器，半桥桥式变换器，全桥全波变换器以及全桥桥式变换器。这四种方案各有特色，也各有优缺点。

关键词：半桥变换，全桥变换，MATLAB仿真

电力电子电路仿真

1 设计原理

1.1 半桥变换器

1.1.1 半桥逆变器的概述

半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合而成的。其中一个桥臂由两个特性相同、容量相等的电容器承担，每个电容承担二分之一的电源电压；另一桥臂由两个受PWM信号控制驱动的功率开关管承担，故称为半桥逆变器。输出从两桥臂的中点取出，或接高频变压器隔离变压。两个PWM信号互补。

半桥电路输出端的电压波形幅值仅为直流母线电压值的一半，因此电压利用率低，且直流侧需要两个电容器串联，工作时还要控制两个电容器的电压均衡；但是在半桥电路中，可以利用两个大电容C1、C2自动补偿不对称波形，这是半桥电路的一大优点。因此半桥电路常用于几千瓦以下的小功率逆变电路。

1.1.2 半桥变换器的电路结构及原理

半桥逆变器结构如图1-1所示。它由两个容值相等的电容C1和C2构成一个桥臂，开关管T1和T2及反并联二极管D1和D2构成另一个桥臂，两个桥臂的中点A和B为输出端，可以通过变压器变压输出，也可以由这两端直接等压输出。当两只晶体管都截止时，其电压U C1=U C2=0.5U i。当Tl导通时，电容C2将通过Tl、变压器初级绕组放电；同时，电容C1则通过输入电源、Tl和变压器的原边绕组充电。中点A的电位在充、放电过程中将按指数规律下降，其值大小为ΔUi。在

Tl导通结束时，A点的电位为0.5Ui-ΔUi，且两只开关管全都截止。两只电容和两只高压开关管的集射极间的电压基本上相等，都接近于输入电源电压的一半。相反，T2导通时，C2放电、C1充电，A点的电位将增至0.5Ui+△Ui，即A点电位在开关过程中将在0.5Ui的电位上以±ΔUi的幅值进行指数变化。

图1-1 半桥逆变器主电路结构图

半桥逆变器处于变压器的原边，要实现半桥变换需要同副边的整流电路配合，如下图1-2所示。

图1-2 半桥变换器主电路结构图

副边电路的工作如下：当原边绕组N1导通时，副边绕组电压使二极管VD导通，此时副边绕组电路与正激变换器工作相似。当副边绕组N1关断时，两个绕

组电压均朝零变化。副边回路电感L 反激，储能继续向负载供能。当副边线圈电压降到零时，两个二极管都起着续流作用，且两者分得的电流近似相等。在它们都导通时，副边电压钳位到零。

1.1.3 半桥变换器的输入输出关系式

令变换器给定的输入直流电压为U i ，全桥变换器输出电压值为U 0，原边绕组匝数为N 1，副边绕组匝数为N 2，开关管的占空比表示为t on /T 。

当滤波电感L 的电流连续时

T

N N U U on 12i 0t = 如果输出电感电流不连续，输出电压U 0将高于上式的计算值，并随负载减小而升高，在负载为零的极限情况下

2

i 120U N N U =

1.2 全桥变换器

1.2.1全桥逆变器的概述

全桥变换器的电路相当于两组双管正激式变换器电路的组合。两组的驱动PWM 脉冲是互补的。它由四个开关管构成，每一个桥臂有两个开关管。高频变压器的一次侧接在两桥臂的中点对角线上，在电路形式上像一个电桥，且每个桥臂均用有源功率开关期间开关器件组成，故称全桥变换器。

全桥变换器相对半桥电路虽然复杂一些，但在选用与半桥相同规格开关功率器件时，可获得两倍半桥电路的电压利用率以及输出功率。

由于开关管承受的电压应力低，因此全桥电路最适合于高输入电压大功率的应用场合。其控制方式有双极性PWM控制、有限双极性PWM控制和移相控制。

1.2.2 全桥变换器的结构及原理

全桥逆变器典型的主电路如图1-3所示。把桥臂l和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通。在0≤t≤T s/2期间，T1和T4有驱动信号导通时，T2和T3无驱动信号截止，u0=U d；在T s/2≤t≤T s期间，T2和T3有驱动信号导通时，T1和T4无驱动信号截止，u0=-U d。因此输出电压u0是π弧度宽的方波电压，幅值为U d，如图1-4所示。

1-3 全桥变换器主电路结构图