桥式变换器的仿真
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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 (5)
1.2.1全桥逆变器的概述 (5)
1.2.2 全桥变换器的结构及原理 (6)
1.2.3 全桥变换器的输入输出关系式 (7)
2 仿真电路的设计 (8)
2.1 半桥变换器仿真电路 (8)
2.2 半桥变换器参数设置 (8)
2.3全桥变换器仿真电路 (10)
2.4 全桥变换器参数设置 (11)
3 仿真结果及分析 (12)
3.1 半桥电路仿真分析 (12)
3.2 全桥电路仿真分析 (13)
3.3 综合比较与分析 (14)
心得体会........................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献.. (15)
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T
1和T
2
及反并联二极管D
1
和D
2
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C
2
将通过Tl、变压器
初级绕组放电;同时,电容C
1
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,C
2放电、C
1
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N
1
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。