半桥拓扑与应用规范标准
半桥电路和全桥驱动芯片
半桥电路和全桥驱动芯片
1. 引言
1.1 简介
半桥电路和全桥驱动芯片是电子领域中常用的电路和芯片，用于
驱动各种电力设备和电机。半桥电路通过控制半导体器件的通断来实
现对电机的控制，常用于单向转动的电机驱动；全桥驱动芯片则可以
实现对双向转动电机的精细控制，具有更高的效率和精度。
半桥电路和全桥驱动芯片在工业、汽车、航空航天等各个领域都
有着广泛的应用。在汽车领域，半桥电路可以用于控制汽车的电动窗户、天窗等设备；全桥驱动芯片则可以用于控制电动汽车的电机，提
高汽车的性能和节能效果。
这两种驱动方案的出现，提高了电机控制的精度和效率，为各种
电力设备的应用提供了更多的选择。在未来，随着电动化趋势的加速
和自动化技术的不断发展，半桥电路和全桥驱动芯片的应用领域将会
更加广泛，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。
1.2 应用领域
半桥电路和全桥驱动芯片广泛应用于各种电力电子系统中。它们
在电机驱动、电动汽车、充电桩、UPS等领域中起到至关重要的作用。在电机驱动系统中，半桥电路和全桥驱动芯片可以提供高效的电机控制，实现电机的快速启动和精确控制。在电动汽车和充电桩中，半桥
电路和全桥驱动芯片可以实现电池充电和电机驱动功能，提高系统的
整体效率和性能。在UPS系统中，半桥电路和全桥驱动芯片可以提供可靠的电力转换功能，确保电力系统的稳定运行。半桥电路和全桥驱
动芯片在各种电力电子系统中都有着广泛的应用前景，将会在未来的
发展中发挥越来越重要的作用。
1.3 意义
半桥电路和全桥驱动芯片作为电子领域中非常重要的组件，在现
代电路设计中发挥着至关重要的作用。它们在各种电子设备中都有广
半桥电路的工作原理及应用
半桥电路的工作原理及应用
主要内容
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
二、半桥电路中应该注意的几点问题
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
半桥电路的基本拓扑：
电容器C1和C2与开关管Q1、Q2组成桥，桥的对角线接变压器T1的原边绕组，故称半桥变换器。如果此时C1=C2，那么当某一开关管导通时，绕组上的电压只有电源电压的一半。
一、半桥电路概念的引入及其工作原理
电路的工作过程大致如下：
A、Q1开通，Q2关断，此时变压器两端所加的电压为母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。
B、Q1关断，Q2关断，此时变压器副边两个绕组由于整流二极管两个管子同时续流而处于短路状态，原边绕组也相当于短路状态。
C、Q1关断，Q2开通。此时变压器两端所加的电压也基本上是母线电压的一半，同时能量由原边向副边传递。副边两个二极管完成换流。
二、半桥电路中应该注意的几点问题
偏磁问题：
原因：由于两个电容连接点A的电位是随Q1、Q2导通情况而浮动的，所以能够自动的平衡每个晶体管开关的伏秒值，当浮动不满足要求时，假设Q1、Q2具有不同的开关特性，即在相同的基极脉冲宽度t=t1下，Q1关断较慢，Q2关断较快，则对B点的电压就会有影响，就会有有灰色面积中A1、A2（下页）的不平衡伏秒值，原因就是Q1关断延迟，如果要这种不平衡的波形驱动变压器，将会发生偏磁现象，致使铁心饱和并产生过大的晶体管集电极电流，从而降低了变换器的效率，使晶体管失控，甚至烧毁。
解决办法：在变压器原边线圈中加一个串联电容C3，则与不平衡的伏秒值成正比的直流偏压将被次电容滤掉，这样在晶体管导通期间，就会平衡电压的伏秒值，达到消除偏磁的目的。用作桥臂的两个电容选用问题：
全桥和半桥的主要应用场景
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半桥电源原理
半桥电源原理
半桥电源原理是一种常见的电源拓扑结构，用于转换直流电压为交流电压，主要应用于交流电机驱动、逆变器等电力电子设备中。其原理基于半导体开关的开关动作和电源电压的变换来实现电压转换。
半桥电源由两个功率开关管和变压器组成，其中一个开关管受控制信号控制，另一个开关管则是通过正弦波触发器控制。变压器的一侧接直流电源，并连接一个滤波电容，另一侧则输出交流电压。
工作原理如下：当控制信号触发的开关管导通时，将直流电源的正极连接到变压器的一侧，同样地，当正弦波触发器触发的开关管导通时，将直流电源的负极连接到变压器的一侧，这个过程会反复进行。
当开关管导通时，直流电源的电流会通过变压器，变压器中的铁芯将磁能存储起来。当开关管截止时，由于铁芯中的磁场发生变化，会引起变压器中的电感产生感应电动势，从而将储存的磁能转化为电能，并通过输出侧的滤波电容输出为交流电压。这样，通过不断地开关动作，就可以实现从直流电压到交流电压的转换。
半桥电源的优点在于其简单的结构以及高效率。在交流电机驱动中，半桥电源可以实现电机的转向控制和速度调节，提供了更广泛的应用。此外，半桥电源还可以在逆变器应用中将直流电压转换为交流电压，用于家庭电器等领域。
总的来说，半桥电源原理通过控制开关管的导通和截止来实现直流电压到交流电压的转换，其简单可靠的结构使其在电力电子设备中得到广泛应用。
半桥拓扑及应用规范
半桥拓扑基础及应用规范
摘要
本技术文档主要针对半桥逆变器工作原理进行分析。通过半桥逆变器开关分析得出结论，半桥逆变器可以有条件的实现软开关，从而提高效率。
描述
对称半桥的主电路如图1所示。图1中包括两个互补控制的功率MOSFET，其中M1的占空比为D，M2的占空比为（1－D），DS1和DS2是开关的体二极管，隔直电容C2，作为开关M2开通时的电源。包括漏感Lk，励磁电感Lm的中心抽头的变压器，原边匝数为Np，副边匝数分别为Ns1和Ns2。
本文档针对下图的半桥逆变器展开分析，首先分析了逆变器架构以及半桥逆变器的优缺点，接着针对高效率的半桥逆变器工作原理进行分析，最后对变压器的设计，高压电容容值得选取进行了仿真，分析，并给出结论。
Figure-1 半桥逆变器架构示意图
1. 半桥逆变器设计分析
因液晶屏本身没有发光功能，这就需要在液晶屏后加一个照明系统，该背光照明系统由发光部件、能使光线均匀照射在液晶表示面的导光板和驱动发光部件的电源构成。现在发光部件的主流为被称作冷阴极管的萤光管。其发光原理与室内照明用的热阴管类似，但不需象热阴管那样先预热灯丝，它在较低温状态就能点亮，因此叫冷阴极管。但要驱动这种冷阴极管需要能输出1000~1500V交流电压的特殊电源。这种特殊电源称之为逆变器。
小尺寸CCFL（22寸以下）逆变器方案中，由于半桥架构设计简单，成本低，应用非常广泛，通常使用一个P+N的场效应管即可实现，其工作模式比较简单，下图为小尺寸方案中，半桥架构的波形和电路示意图。
从成本和效率的角度考量，大尺寸LCD-TV逆变器的输入逐渐改为由PFC（380V-400V)的输出直接输入，这就是我们所说的LIPS(LCD-TV Integrated Power Supply,液晶集成电源）方案。
半桥和全桥变换器拓扑——第五章-PPT精选文档
5.2 半桥变换器拓扑
5.2.4 防止磁通不平衡的阻断电容的选择
磁通不平衡原因：初 级存在直流分量。 解决办法：初级串联 小容值的直流阻断电 容。电流Ipft流过时， 该电容被充电，该电 压使初级平顶脉冲电 压有所下降，如图3.2 所示。 设允许的下降量为dV，产生该压降的等效平顶脉冲电流为式(3.1)中的Ipft， 而流通该电流的时间为0.8T/2，所需的阻断电容值可用下式得到
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
5.2 半桥变换器拓扑
5.2.6 半桥变换器与双端正激变换器的比较
两者承受的关断电压同样为Vdc，广泛应用于电源网压为220V的市场。
区别：
半桥变换器次级输出为全波而非双端正激变换器输出的半波，因此 半桥变换器的方波频率是正激变换器的两倍，从而使半桥变换器输出 电感L、电容C的数值小很多。
5.2 半桥变换器拓扑
5.2.2 半桥变换器磁设计
1、最大导通时间、磁心尺寸和初级绕组匝数的选择
输入电压最小或不正常工作状态时，最大导通时间不超过0.8T/2 磁心选择（见磁路设计）
假定最低输入电压为（Vdc/2）-1，最大导通时间为0.8T/2，在已知磁 心种类和磁心面积的情况下，可通过法拉第定律计算出初级绕组数。 其中dB值为峰值磁密期望值的两倍。(正激变换器磁心只工作在磁滞回 线的第一象限，而半桥变换器工作于第一、三象限，所以是其两倍)
半桥电路中应该注意的几点问题-电源网
二、半桥电路中应该注意的几点问题
半桥电路的驱动特点： A、上下桥臂不共地，即原边电路的开关管不共地 。 B、隔离驱动。
12 Emerson Confidential
三、项目PSR650-A中使用的半桥电路介绍
半桥拓扑开关管的稳态关断电压等于输 入电压，而不象推挽、单端正激那样为输入 电压的两倍。所以桥式电路拓扑广泛用于直 接电网的离线式变换器。而对推挽等拓扑来 说，两倍的电网整流电压将超过开关管的安 全耐压容限。因此，输入网压为220V或是更 好的场合几乎都是使用桥式拓扑。
用作桥臂的两个电容选用问题：
从半桥电路结构上看，选用桥臂上的两个电 容C1、C2时需要考虑电容的均压问题，尽量 选用C1=C2的电容，那么当某一开关管导通 时，绕组上的电压只有电源电压的一半，达 到均压效果，一般情况下，还要在两个电容 两端各并联一个电阻（原理图中的R1和R2） 并且R1=R2进一步满足要求，此时在选择阻 值和功率时需要注意降额。此时，电容C1、 C2的作用就是用来自动平衡每个开关管的伏 秒值，（与C3的区别：C3是滤去影响伏秒平 衡的直流分量）。
半桥电路的驱动问题： 1、原边线圈过负载限制：要给原边的功率管提 供独立的电流限制； 2、软启动：启动时，要限制脉宽，使得脉宽在 启动的最初若干个周期中慢慢上升； 3、磁的控制：控制晶体管驱动脉冲宽度相等， 要使正反磁通相等，不产生偏磁； 4、防止直通：要控制占空比上限缩小； 5：电压的控制和隔离：电路要闭环控制，隔离 可以是光电隔离器、变压器或磁放大器等； 6、过压保护：通常是封闭变换器的开关脉冲以 进行过压保护；
半桥llc谐振拓扑
半桥LLC谐振拓扑：电路设计与优化
在电力电子领域，LLC谐振拓扑作为一种高效、可靠的电路结构，被广泛应用于各种电源供应系统。半桥LLC谐振拓扑作为LLC谐振拓扑的一种变体，具有其独特的优点和优化空间。本文将深入探讨半桥LLC谐振拓扑的基本原理、电路设
计以及优化策略。
一、基本原理
LLC谐振拓扑主要由两个电感（Lr和Lm）和一个电容（Cr）组成。在半桥LLC 谐振拓扑中，电容Cr被分为两个相等容量的电容，分别与Lr和Lm形成两个独
立的谐振回路。这种结构使得电路能够在不同的频率下进行工作，提高了电源的效率和稳定性。
二、电路设计
1.元件参数选择
在半桥LLC谐振拓扑的电路设计中，需要合理选择Lr、Lm和Cr的参数。这些
参数的选择直接影响着电路的性能和稳定性。在设计过程中，通常需要结合系统的具体需求，利用仿真软件进行参数优化。
2.功率开关管的选择
功率开关管是半桥LLC谐振拓扑中的重要元件，其选择直接影响着电路的效率和
可靠性。在选择功率开关管时，需要考虑其耐压值、导通电阻、开关速度等参数，以确保电路的正常运行。
三、优化策略
1.调整谐振频率
谐振频率是半桥LLC谐振拓扑的重要参数，通过调整Lr、Lm和Cr的参数，可
以实现对谐振频率的优化。在调整过程中，需要综合考虑系统的效率、体积和成本等因素。
2.优化功率开关管的控制策略
功率开关管的控制策略对半桥LLC谐振拓扑的性能有着重要影响。通过优化控制策略，可以降低开关损耗、提高电源效率，同时还能减小电磁干扰。常用的控制策略包括PWM控制和PFM控制等。
三相半桥 拓扑
三相半桥拓扑是一种电力电子装置的拓扑结构，主要用于三相交流电源的变换和控制。它由三个半桥电路组成，每个半桥电路连接到一个电源和一个储能元件，从而形成一个完整的桥路。每个桥路输出电压可以通过调节输入电源的相位差和开关频率来实现。
在三相半桥拓扑中，每个半桥电路由两个开关组成，通常使用电力电子器件如IGBT或晶闸管来实现。这些开关交替导通和关断，以控制电流的流向和大小。通过控制开关的导通和关断时间，可以调整输出电压和电流的波形和频率。
这种拓扑结构具有一些优点，例如结构简单、成本低、易于实现并联冗余等。此外，通过控制开关的频率和相位差，可以实现更高的转换效率和控制精度。
然而，三相半桥拓扑也存在一些缺点和限制。首先，它对电力电子器件的耐压性能和热稳定性要求较高，因此在设计和选择器件时需要考虑到这些因素。其次，半桥电路中的谐波含量较高，可能会导致输出滤波器和系统稳定性问题。最后，三相半桥拓扑的电流和功率容量受到限制，因此在需要大容量和高效率的应用场景中可能不太适用。
总之，三相半桥拓扑是一种常见的电力电子装置拓扑结构，具有优缺点和限制。在实际应用中，需要根据具体应用场景和需求选择合适的拓扑结构，并采取相应的保护措施和控制系统来确保系统的安全、可靠和高效运行。
半桥电路的工作原理及应用
半桥电路的工作原理及应用
半桥电路是一种常见的、广泛应用的电路拓扑结构，它由两个互补的
功率开关器件和相关的电路元件组成。
首先，让我们了解一下半桥电路的基本结构。半桥电路由两个功率开
关器件组成，通常是MOSFET或IGBT。这两个器件分别被驱动在交替的时
间间隔内开关和关闭，以产生脉冲信号。两个开关器件分别驱动电路的上
半部分和下半部分，其中上半桥电路是由一个开关和一个辅助电路组成，
下半桥电路是由另一个开关和辅助电路组成。这两个开关器件是通过控制
信号来驱动的，通常由一个电平转换器产生。该电平转换器将低电平信号
转换为适合驱动开关器件的高电平信号。
接下来，让我们了解一下半桥电路的工作原理。在半桥电路中，当一
个开关器件处于导通状态时，与之对应的另一个开关器件将处于断开状态。当上半桥电路中的开关器件导通时，电流可以从电源经过上半桥电路、负载，然后回到电源。当下半桥电路中的开关器件导通时，电流则可以从电
源经过下半桥电路、负载，然后回到电源。通过交替地使上半桥电路和下
半桥电路的开关器件导通和断开，可以产生脉冲信号。
1.电机驱动：半桥电路可以用来驱动直流电机、步进电机和无刷直流
电机等。通过控制开关器件的导通和断开时间，可以实现对电机的精确控制。
2.逆变器：半桥电路可以用来构建逆变器，将直流电源转换为交流电源。逆变器广泛应用于可再生能源发电系统、太阳能和风能转换系统以及UPS等领域。
3.高压转换器：半桥电路可以应用于高压转换器中，用于将电压从一
个电平转换到另一个电平。这在电力传输和变换领域非常有用。
4.谐振式电源：半桥电路可以应用于谐振式电源中，用于提高能源的
双向半桥dcdc变换器拓扑
双向半桥dcdc变换器拓扑
在直流到直流（DC-DC）变换器中，双向半桥（BHB）拓扑是一种广泛使用的拓扑。本文将介绍双向半桥dcdc变换器拓扑的原理、特点及应用。
1. 原理
双向半桥dcdc变换器是将直流电压变换为另一种直流电压的拓扑。它由两个开关管和两个二极管组成。在正常操作状态下，开关管S1和S2是交替开关的，以便在输入和输出之间转移能量。在输出电压与输入电压相等的情况下，开关管和二极管都能够以零电压开关的方式工作。
当开关管S1和S2被关闭时，电感L1充电，并将能量储存在电容器C1中。当S1和S2交替关闭时，输入电压会先流入电感L1并充电，然后流入输出电容C2中。
在此拓扑中，开关管的快速损坏可能导致二极管反向恢复过程中出现高峰电压。为了防止这种情况发生，可以在开关管上添加反并联二极管。此外，开关管要能够承受输出电容器充电时的高电压，因此需要具有较高的电压耐受能力。
2. 特点
(1) 双向半桥dcdc变换器可以实现输入和输出的隔离。因此，它可以实现不同电压等级之间的能量转移。
(2) 在输入电压稳定的情况下，它可以提供稳定的输出电压。并且输出电压可以根据输入电压进行电压变换。
(3) 双向半桥dcdc变换器可以在两个方向上传输功率，因此可以实现双向功率流控制。
(4) 在运行时，有两个开关管和两个二极管来接受输入电流和输出电流，从而可以减少开关管和二极管的损耗，提高变换器效率。
(5) 双向半桥dcdc变换器可以在电能回收和电能储存系统中使用。并且它广泛应用于半导体照明、燃料电池和太阳能等领域。
半桥和全桥LLC的比较分析
半桥和全桥LLC的比较分析
标题：半桥和全桥LLC的比较分析
引言：
在现代电力电子领域中，半桥LLC和全桥LLC是两种常见的谐振转换拓扑结构，它们在功率电子应用中广泛使用。本文将从深度和广度的角度对这两种拓扑进行比较分析，旨在为读者提供对半桥LLC和全桥LLC的全面理解与认识。
一、基本原理和结构
1.1 半桥LLC拓扑：
半桥LLC拓扑由半桥逆变器和谐振电感构成，它通过开关器件和电容组合来实现电流的谐振，实现高效能转换。该拓扑的主要特点在于能够降低开关损耗、实现零电压开关、拥有较高的功率因数校正以及可实现较高的功率密度。
1.2 全桥LLC拓扑：
全桥LLC拓扑由全桥逆变器和谐振电感组成，电流通过全桥变换器进行逆变。该拓扑与半桥LLC拓扑相比，具有更好的电流均衡和输出功率电压范围。它在变换器设计中常用于高功率应用，能够提供较高的转换效率和输出电压控制能力。
二、性能比较
2.1 转换效率：
半桥LLC和全桥LLC在转换效率方面都能达到相对较高的水平，但在高功率应用中，全桥LLC稍微优于半桥LLC。这是因为全桥LLC能够
更好地实现电流均衡，减少功率损耗，并且其输出电压范围更广，可
适应更多场景的需求。
2.2 控制精度：
在输出电压控制方面，全桥LLC通常能够提供更高的控制精度，对于
对电压要求较高的应用具有更好的性能表现。而半桥LLC虽然在低功
率和成本方面有一定的优势，但对于对控制精度有较高要求的应用来
说可能不够适用。
2.3 功率因数校正：
半桥LLC和全桥LLC在功率因数校正方面都表现出色，能够有效提高系统的功率因数，降低谐波内容。但半桥LLC由于其简单的拓扑结构，更易于实现较高的功率因数校正。
开关电源半桥的设计
开关电源半桥的设计
开关电源是现代电子设备中常用的一种电源形式，其设计和工作原理对于电子工程师来说至关重要。其中，半桥拓扑结构是开关电源中常用的一种形式。本文将围绕开关电源半桥的设计展开讨论，介绍其原理、关键设计要点以及一些常见问题和解决方案。
一、半桥拓扑结构简介
开关电源半桥拓扑结构是一种常见的电源设计方案，其由两个功率开关管组成，分别连接到电源和负载上。这两个开关管可以分别控制转换管的导通和关断，实现电能的转换和输出。半桥拓扑结构相比其他拓扑结构具有较好的效率和性能，因此被广泛应用于各种电子设备中。
二、半桥拓扑的工作原理
在半桥拓扑结构中，两个功率开关管可以分别控制转换管的导通和关断。当电源开关管导通时，电源电压通过变压器传递给负载。负载吸收电能，同时能量也存储在输出电容中。当电源开关管关断时，转换管上的电压将反向传递到负载，并通过反向二极管回流到电源侧。通过不断地切换导通和关断状态，半桥拓扑结构实现了电能的高效转换和输出。
三、半桥拓扑设计的关键要点
1.功率开关管的选取：功率开关管是半桥拓扑结构中最关键的元件
之一，其性能直接影响到整个开关电源的效率和稳定性。在选取功率开关管时，需要考虑其导通电阻、开关速度、耐压能力等参数，以确保在高负载和高频率工作条件下能够正常工作。
2.驱动电路的设计：半桥拓扑结构需要一个有效的驱动电路来控制功率开关管的导通和关断。驱动电路应具备良好的隔离性能、快速响应能力和合适的电流和电压控制能力。常见的驱动电路包括光耦隔离驱动、变压器驱动和门极驱动等。
3.变压器的设计：变压器是半桥拓扑结构中必不可少的元件，用于实现电源和负载之间的电能传递。在设计变压器时，需要考虑电源电压、负载电流、变压比和功率损耗等因素，并根据需求选择合适的铁芯材料和线圈参数。
半桥LLC工作原理
半桥LLC工作原理
半桥LLC（Half-BridgeLLC）是一种常见的电源拓扑结构，它采用半桥转换器与LLC谐振电路相结合，具有高效率、低噪声、高可靠性等优点，被广泛应用于服务器、电视、电脑等领域。
半桥LLC的工作原理可以分为两个阶段：充电阶段和放电阶段。
在充电阶段，半桥开关S1关闭，开关S2打开。此时，电源电压通过变压器T1的原、副侧绕组，使得C1电容器获得电荷并储存能量，同时通过L1电感器对电容器进行充电。
在放电阶段，半桥开关S1打开，开关S2关闭。此时，C1电容器通过L1电感器与变压器T1的副侧绕组形成LLC谐振电路，产生高频振荡，从而将能量传递到输出负载上。
半桥LLC工作原理的主要特点是LLC谐振电路的高效率和非常低的EMI噪声。由于其工作原理的特殊性质，半桥LLC电源能够在不同的工作负载下保持高效率和稳定性能。同时，谐振电路的高频振荡和负载响应速度快，使得电源的响应速度更快，输出电压更加稳定。
总之，半桥LLC电源作为一种高效、稳定、可靠的电源拓扑结构，已经成为当今电子设备领域中的主流技术之一。它的工作原理也为我们提供了一种更加优越的电源设计思路。
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电源拓扑半桥全桥
电源拓扑半桥全桥
电源拓扑中的半桥和全桥电路结构具有不同的特点和应用场景：
- 全桥电路：由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。主要优点包括：与推挽结构相比，原边绕组减少了一半，开关管耐压降低一半；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。主要缺点是使用的开关管数量多，且要求参数一致性好，驱动电路复杂，实现同步比较困难。这种电路结构通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。
- 半桥电路：电路的结构类似于全桥式，只是把其中的两只开关管换成了两只等值大电容。主要优点包括：具有一定的抗不平衡能力，对电路对称性要求不很严格；适应的功率范围较大，从几十瓦到千瓦都可以；开关管耐压要求较低；电路成本比全桥电路低等。这种电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器，如电子荧光灯驱动电路中。
在选择电源拓扑时，需要根据实际应用场景的需求和参数，综合考虑其优缺点，选择最适合的拓扑结构。
碳化硅模块半桥和全桥
碳化硅模块半桥和全桥
碳化硅（SiC）模块半桥和全桥：创新能源解决方案的未来
引言：
随着全球对清洁能源的需求不断增长，发展和运用高效率的能源转换
技术已成为重要的研究方向。碳化硅（SiC）模块是一种先进的功率半导体器件，它具有高温、高电压和高频率的操作能力，被广泛应用于
能源转换系统中。本文将深入探讨碳化硅模块中的半桥和全桥拓扑结构，探讨其特点、优势和应用领域。
一、碳化硅半桥模块的特点：
1. 高温工作能力：碳化硅材料具有优异的耐高温性能，可以在高于200°C的环境下工作，相比于传统的硅模块，具有更高的可靠性和稳
定性。
2. 低导通电阻：碳化硅模块具有低导通电阻的特点，可以降低能量损
耗和系统发热，提高能源利用效率。
3. 高开关速度：碳化硅模块的切换速度远快于传统硅模块，可以实现
更高的开关频率，在电力转换系统中实现更高的功率密度和更小尺寸
的设计。
4. 低开关损耗：碳化硅半桥模块具有低开关损耗，可以减少系统能耗，提高效率。
二、碳化硅半桥模块的应用领域：
1. 新能源发电系统：碳化硅模块在太阳能和风能发电系统中具有广泛
应用。其高温工作能力和低导通电阻可以提高能源转化效率，同时其
高开关速度可支持高频率变换。
2. 电动车辆：碳化硅模块在电动车辆中的应用正在得到越来越多的关注。其高温工作能力和低开关损耗，使其成为高效率、高性能驱动系
统的理想选择。
3. 工业电力系统：碳化硅模块在工业电力变换系统中的应用可以实现
更高的能源转换效率，并减少系统的体积和重量。
4. 航空航天领域：碳化硅模块的高温工作能力和低导通电阻使其成为
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半桥拓扑基础及应用规
摘要
本技术文档主要针对半桥逆变器工作原理进行分析。通过半桥逆变器开关分析得出结论，半桥逆变器可以有条件的实现软开关，从而提高效率。
描述
对称半桥的主电路如图1所示。图1中包括两个互补控制的功率MOSFET，其中M1的占空比为D，M2的占空比为（1－D），DS1和DS2是开关的体二极管，隔直电容C2，作为开关M2开通时的电源。包括漏感Lk，励磁电感Lm的中心抽头的变压器，原边匝数为Np，副边匝数分别为Ns1和Ns2。
本文档针对下图的半桥逆变器展开分析，首先分析了逆变器架构以及半桥逆变器的优缺点，接着针对高效率的半桥逆变器工作原理进行分析，最后对变压器的设计，高压电容容值得选取进行了仿真，分析，并给出结论。
Figure-1 半桥逆变器架构示意图
1.半桥逆变器设计分析
因液晶屏本身没有发光功能，这就需要在液晶屏后加一个照明系统，该背光照明系统由发光部件、能使光线均匀照射在液晶表示面的导光板和驱动发光部件的电源构成。现在发光部件的主流为被称作冷阴极管的萤光管。其发光原理与室照明用的热阴管类似，但不需象热阴管那样先预热灯丝，它在较低温状态就能点亮，因此叫冷阴极管。但要驱动这种冷阴极管需要能输出1000~1500V交流电压的特殊电源。这种特殊电源称之为逆变器。
小尺寸CCFL（22寸以下）逆变器方案中，由于半桥架构设计简单，成本低，应用非常广泛，通常使用一个P+N的场效应管即可实现，其工作模式比较简单，下图为小尺寸方案中，半桥架构的波形和电路示意图。
从成本和效率的角度考量，大尺寸LCD-TV逆变器的输入逐渐改为由PFC（380V-400V)的输出直接输入，这就是我们所说的LIPS(LCD-TV Integrated Power Supply,液晶集成电源）方案。
Figure-4 LIPS电源和逆变器架构
大尺寸LIPS方案逆变器采用半桥或者全桥架构，半桥架构一般采用定频，MOSFET处在硬开关状态，这样会导致MOSFET上面很大的开关损耗，此外这种硬开关导致的EMI必须通过相应的手段去处理才能符
合EMC 的规要求。在成本上，因为逆变变压器漏感很大，储存的能量较大，而一般的MOSFET 体二极管反向截至的速度都比较慢，为了避免交叉导通。必须增加4颗超快恢复的二极管。
但是由于LIPS 方案中，逆变器的输入电压为PFC 的输出电压，通常设计其工作在最大占空比状态，即使用变压器的漏感，匝比来控制CCFL 工作电流。这样半桥架构同样可以实现MOSFET 的软开关状态，不仅可以获得不错效率，也可以顺利的通过EMC 规要求。这种方式正逐渐成为LIPS 方案中成本与性能兼顾的选择。
它的主要优点如下：
• 定频下也可以实现零电压导通
• 减少逆变器的EMI 问题，提高转换效率 • 减小散热器面积 • 提高电流正弦度
• 不需要在桥臂上增加超快二极管
值得注意的是这种架构由于最大能量传输由输入电压，漏感共同决定，需要当漏感Llk 储存能量续流完成前，打开开关管，这样两个MOSFET 工作才能在软开关状态，如下图分析。这样将导致半桥的软开关只能在一个很窄的围能实现，由于变压器漏感在量产时候会有20%以上的偏差，以及pfc 输入电压和液晶屏幕的微小差别，都可能导致在量产时候，逆变器的两颗MOSFET 没有工作在软开关状态，过大的开关损耗导致其损坏。
Figure-5 半桥逆变器工作时序
对于上述的波形进行傅立叶分析，详尽的推导过程可以在信号与分析中获得，可以得到正弦波基波分量为：
22
sin 2
m rms V D π=
=
，2
sin rms VI V M D Vin ππ
=
=
2.半桥逆变工作原理分析
半桥架构实现软开关应用于42寸AU屏和32寸AU屏的逆变器方案中，它是通过在二次侧对驱动的处理——在同一桥臂的两个MOSFET直接插入漏感续流时间，来实现在一个较窄的围软开关的。下面对这种工作原理的每一个状态逐一进行分析。
初始状态时Q1=>On;Q2=>OFF,原边向次边传输能量，电流方向：Q1àTràC1àGND
第一阶段:Q1=>Off; D(Q2)=>On;当Q1＝Off时，由于变压器一次侧存在自感电压，使得变压器一次侧的电流不能立即中断，故当Q1=Off时，Q2自身的二极管D被打开，此时电流方向：GNDàQ2àTràC1àGND
Q2晶体管Gate和Drain的波形图
Q2-Gate
Q2-Drain
第二阶段: Q2=>On,当Q2自身二极管被打开时，在二极管的Source和Drain之间电压大约为V DS＝－0.7V，这时Q2晶体管被打开，因此，Q2开关晶体管有零电压切换功能。此时电流方向：Q2àTràC1àGND。
Q2晶体管Gate和Drain的波形图
Q2-Gate
Q2-Drain
第三阶段: Q2=>On, 此时原边向次边传输能量，电流流向：GNDàC1àTràQ2àGND （因为C1存在，所以漏感续流后电流反向）
第四阶段：Q2=>Off;D Q1=>On,当Q2=Off【半桥只能做到零电压开启（其实还是有0.7V），不能做到零电流关断】时由于变压器一次侧存在自感电压，使得变压器一次侧的电流不能立即中断，故当Q2=Off时，Q1自身的二极管D被打开，电流流向：GNDàC1àTrà D Q1àPFC
Q1-Drain
Q1-Gate
Q1晶体管Gate和Drain的波形图
第五阶段：Q1=>On;, 开关晶体管Q1的Source和Drain之间的电压V DS=-0.7V,这时开关晶体管Q1被打开，因此，晶体管Q1具有零电压切换功能。
Q1-Drain
Q1-Gate
Q1晶体管Gate和Drain的波形图
通过对每一个阶段工作状态的分析，两个MOSFET均可以实现软开关，提高效率。但是如果漏感选择不恰当，或者占空比太小，在第一阶段续流和第四阶段漏感续流结束后才打开Q1和Q2，Q1和Q2将工作在硬开关状态，同样不能实现软开关，这是在设计中需要注意的问题。实际的工程设计中，通常会让半桥工作在最大占空比状态，即保证续流时间打开Q1和Q2。
3.变压器的设计与分析
3．1谐振电路的分析与仿真
LCD-TV逆变器是通过变压器的漏感、谐振电容与CCFL灯管的阻抗共同构成一个LCR二阶电路对方波进行滤波来产生一个近似的正弦波的。为了计算变压器的参数，对逆变器架构进行了简化，下图是这个电路的简化过程。