零电压移相全桥DC-DC变换器

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基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器

基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器

基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器马骜;黄铂;王朋【摘要】零电压电流开关(ZCZVS)控制的DC/DC变换器在中大功率应用场合应用逐渐广泛,其较宽的开关范围及较低的损耗等优点令人瞩目.本文介绍了基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥的工作原理及基于UC3875的移相驱动和控制系统,并用该芯片完成一台输出50V/20A的ZCZVS移相全桥DC/DC变换器的样机设计,给出了电路主要参数的设计和初步的实验结果.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)009【总页数】4页(P173-176)【关键词】饱和电抗器;移相全桥;直流-直流变换器;零电压电流开关【作者】马骜;黄铂;王朋【作者单位】武汉科技大学城市学院,湖北武汉430083;武汉大学湖北武汉430072;武汉大学湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TN709直流电源在许多场合都发挥着重要作用,作为直流电源的一个重要环节,DC/DC 变换器的性能很大程度上决定了直流电源的成本和可靠性。

DC/DC变换器有多种结构,根据电源的功率需求,选择合适的变换器拓扑结构。

基本DC/DC变换器(如:Buck、Boost、Buck/Boost、Forward 等变换器)只应用在小功率场合,而在中大功率场合,一般采用半桥或全桥变换器。

全桥变换器是一种先经DC/AC高频逆变,再经AC/DC不控整流的两级DC/DC变换器。

高频变压器把直流负载与交流电网隔离,高频变压器输出侧直流LC滤波器重量和体积不大,输出直流电压纹波小,动态特性好,全桥变换器已成为较大功率DC/DC变换器的最佳技术方案之一[1]。

经过几十年的发展,在中大功率应用中,移相全桥软开关DC/DC变换器逐渐成熟,已成为DC/DC变换器的主流,与其他DC/DC变换器相比,移相全桥软开关拓扑结构充分利用了电路本身的寄生参数,通过控制PWM脉冲的相位使开关管工作在软开关状态,降低了开关损耗,提高了变换器的效率。

第十章-软开关技术2——移相控制ZVS-PWM-DC-DC全桥变换器

第十章-软开关技术2——移相控制ZVS-PWM-DC-DC全桥变换器

loss
TS / 2
而 t25
Lr [ I 2 I Lf (t5 ) / K ] Vin
那么有:Dloss
2Lr [ I 2 I Lf (t5 ) / K ] Vin TS
Dloss 越大;②负载越大, Dloss越大;③ Vin越低,Dloss 越大。 可知:① Lr 越大, Dloss 的产生使DS 减小,为了得到所要求的输出电压,就必须减小原副边的 匝比。而匝比的减小,带来两个问题: ①原边电流增加,开关管电流峰值也要增加,通态损耗加大; ②副边整流桥的耐压值要增加。
6.
Vin i p (t ) (t t4 ) Lr
到 t5 时刻,原边电流达到折算到原 边的负载电流 I Lf (t5 ) / K值,该开 关模态结束。 持续时间为:
t45
Lr I Lf (t5 ) / K Vin
7. 开关模态6 在这段时间里,电源给负载供电 原边电流为:
10.3. 3 两个桥臂实现ZVS的差异
1.实现ZVS的条件 要实现开关管的零电压开通,必须有足够的能量: ①抽走将要开通的开关管的结电容(或外部附加电容)上的电荷; ②给同一桥臂关断的开关管的结电容(或外部附加电容)充电; 考虑到变压器的原边绕组电容,还要有能量用来: ③抽走变压器原边绕组寄生电容CRT 上的电荷。

ip (t ) I p (t0 ) I1
vC1 (t )
I1 (t t0 ) 2Clead I1 vC 3 (t ) Vin (t t0 ) 2Clead

C3 电压降到零,D3 自 t1时刻,
然导通。
3.开关模态2
td (lead ) t01
D3导通后,将Q3 的电压箝在零位 此时开通Q3 ,则Q3是零电压开通。 Q3和Q1驱动信号之间的死区时间 ,即

移相全桥DCDC变换器的设计与研究

移相全桥DCDC变换器的设计与研究
关键字:移相全桥,小信号模型,零电压,占空比,模糊 PID
i
ABSTRACT
With China's rapid economic development, electronic technology and computer technology become more and more widely. It makes the power supply develop in the direction of lighter , smaller, high-frequency and high-efficiency. While increasing the operating frequency, the power switch voltage and current stress increases as well.Soft-switching technology can achieve zero-voltage start or zero current shutdown. It can also improve the efficiency and reduce the electromagnetic interference. In the field of high-power applications,the phase-shifted full-bridge DC/DC converter has a simple circuit structure, a small switching loss, and it is easy to control.So it has been generally applied on many occasions.
第二章 移相全桥 DC/DC 变换器............................................................................................7 2.1 移相全桥 ZVS DC/DC 变换器 ....................................................................................7 2.2 移相全桥 DC/DC 变换器控制方式...........................................................................13 2.2.1 PID 控制............................................................................................................13 2.2.2 电压和电流双闭环控制 .................................................................................. 13 2.2.3 模糊控制 .......................................................................................................... 13 2.3 移相全桥 DC/DC 变换器关键问题的分析 ..............................................................14 2.3.1 两个桥臂实现 ZVS 的差异.............................................................................14 2.3.2 副边占空比的丢失 .......................................................................................... 16 2.3.3 整流二极管的换流 .......................................................................................... 17 2.4 改进型全桥移相 ZVS-PWM DC/DC 变换器电路 ..................................................21 2.5 本章小结 .....................................................................................................................28

移相全桥软开关DCDC变换器的研究

移相全桥软开关DCDC变换器的研究
f传统移相全桥ZVS DC/DC变换器具有两个主要的缺点:~是副边占空比丢 失较大,二是变换器在轻载时无法实现滞后桥臂开关管的ZVS。ZVS的实现是
以牺牲变压器副边一定量的占空比为代价的,它无法消除只能尽量减小。在低压 大电流输入的情况下,副边占空比的丢失尤为严重,导致变换器的效率低下,使 得实现ZVS变得没有意义。论文通过在传统移相全桥DC/DC变换器的变压器原 边串入可饱和电感,大大减小了副边占空比的丢失,同时在滞后桥臂并联辅助谐 振网络,使得滞后桥臂开关管在轻载时也能实现ZVS,并迸一步减小了副边占 空比的丢失。可饱和电感和辅助谐振网络的引入解决了低压大电流输入情况下宽 负载范围内实现ZVS和副边占空比丢失严重的矛盾,在实现ZVS的同时将副边 占空比丢失减小到几乎为零,使得移相全桥ZVS技术能够很好地应用于这类
adopts Phase—Shifted Full—Bridge zero—voltage—switched(PS FB ZVS)technology
instead of traditional hard switching technology to decrease the switching wastage.It gets good results.
performance ofthe converter.
±里!!兰堕皇三!壅堕堡:!兰垡堕苎
鳖塑全堡墼墅茎里璺竺£奎垫墨!!!!里
Based on the analyzing of the theory,the parameters of main circuit,control
circuit and closed—loop part are designed through simulation.Some performances of

移相全桥ZVS PWM DC/DC变换器的仿真分析

移相全桥ZVS PWM DC/DC变换器的仿真分析

移相全桥ZVSPWMDC/DC变换器的仿真分析作者:龙泽彪施博文来源:《消费导刊·理论版》2008年第17期[摘要]本文首先在研究硬开关的缺陷上,提出软开关技术。

对移相控制ZVS PWM DC/DC 变换器的工作原理进行分析研究的基础上,使用PSpice9.2计算机仿真软件对变换器的主电路进行仿真和分析,验证该新型DC/DC变换器的拓扑结构设计的正确性和可行性。

[关键词]软开关 DC/DC ZVS 移相控制 PSpice9.2作者简介:龙泽彪(1985-),男,湖北仙桃人,贵州大学电气工程学院在读硕士研究生,研究方向:异步电机控制;施博文(1985-),男,贵州大学电气工程学院在读硕士研究生,研究方向:电力电子与电气传动。

一、引言随着新型电力电子器件以及适用于更高频率的电路拓扑和新型控制技术的不断出现,开关电源朝着小型化、高效化、低成本、低电磁干扰、高可靠性、模块化、智能化的方向发展。

硬开关DC/DC变换器在电流连续工作模式下会遇到严重的问题,这一般都与有源开关器件的体内寄生二极管有关,其关断过程中的反向恢复电流产生的电流尖峰对开关器件有极大的危害。

本文在对DC/DC变换器的基本工作原理进行分析、研究的基础上,对已经出现的软开关DC/DC变换器拓扑结构进行分析研究,提出的一种新型的DC/DC变换器的拓扑结构,并进行深入的研究。

二、移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器(Phase-Shifted zero-voltage-switching PWMDC/DC Full-Bridge Converter,PS ZVS PWM DC/DC FB Converter),是利用变压器的漏感或原边串联的电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现开关管的零电压开关,其主电路拓扑结构及主要波形如图1所示。

其中,D1~D4分别是S1~S4的内部寄生二极管,C1~C4分别是S1~S4的寄生电容或外接电容,Lr是谐振电感,它包含了变压器的漏感。

移相全桥dcdc变换器原理

移相全桥dcdc变换器原理

移相全桥dcdc变换器,让电力转换更高效移相全桥dcdc变换器是一种高效的电力转换装置,它能够将直流
电能转换为交流电能,并通过谐振方式实现零电压开关,能够减小开
关损耗和输出滤波器的体积和成本,增强整个系统的可靠性和稳定性。

移相全桥dcdc变换器的原理是将交流信号移相90度,使得开关
管在工作时零电压开关,从而减小了开关损耗,提升了功率转换效率。

在相移间隔较小的情况下,移相全桥变换器能够实现高效稳定的电力
转换,被广泛应用于电力电子转换和节能环保等领域。

同时,移相全
桥变换器具有响应速度快、输出波形优秀、噪声低等优点,成为极具
潜力的发展方向。

在实际应用中,移相全桥dcdc变换器需要注意的是控制策略和拓
扑结构。

良好的控制策略能够有效解决电力转换中的问题,同时决定
了装置的可靠性和稳定性。

基于不同的需求,移相全桥dcdc变换器的
拓扑结构也需要灵活调整和适应。

例如,在电池串联应用中,采用并
联谐振转换器能够有效提升效率,降低输出电压波动。

移相全桥dcdc变换器的发展,将对传统电力装置的转换和发展带
来深刻的影响。

未来,随着科技的不断发展,相信这种高效稳定的电
力转换装置将会在更广泛的领域得到应用,为推动可持续发展和能源
转型做出更多的贡献。

移相全桥ZVZCSDCDC变换器综述.

移相全桥ZVZCSDCDC变换器综述.

移相全桥ZVZCSDC/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。

图1 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;图2 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。

图3 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。

图4 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。

电流模式控制移相全桥零电压软开关(ZVS)DC-DC功率变换器

电流模式控制移相全桥零电压软开关(ZVS)DC-DC功率变换器

引言随着计算机与通信技术的飞速发展,作为配套设备的开关电源也获得了长足进步,并随着新器件、新理论、新电磁材料和变换技术以及各种辅助设计分析软件的不断问世,开关电源的性能不断提高。

本文介绍一种新型的高频DC/DC开关变换器,并成功地应用在军用充电机上。

DC/DC变换器主电路改进型移相全桥ZVS DC/DC变换器主电路结构和各点波形对照如图1、图2所示。

由于电路工作状态在一个周期内可以分为两个完全一样的过程,所以以下仅仅分析半个周期的情况,而这半个周期又可分为以下三种开关模态。

● 开关模态1,t0<t<t1,其中t1=DT s/2此时Q1和Q4同时导通,变压器副边电感L1和整流管D S2导通,原边能量向负载端传递。

此模态的等效电路见图3。

其中,a为变压器变比,V in是直流母线电压,I1和I2分别是电感L1和L2电流(L1=L2=LS),此时有等式(1)成立。

(1)(2)I p(t)=aI1(t)(3)当Q4关断时该模态过程结束。

● 开关模态2,t1<t<t2,其中t2≤T s/2在t1时刻关断Q4,此时副边电感L1中储存的能量给Q4电容(或并联电容)充电,同时将Q3两端电容电荷放掉。

为了实现软开关,Q4关断和Q3开通之间至少要存在一死区时间Δt1,使得在Q3开通前D3首先导通,且有下式成立。

I p1Δt1=2C eff V in(4)其中C eff是开关管漏源两端等效电容,I P1为t1时刻变压器原边流过电流。

当D3导通后,变压器副边两个二极管D S1和D S2同时导通,电路工作在续流状态。

此时等效电路如图4所示。

此时有如下电路方程成立。

(5)(6)(7)(8)r t=r mosfet+r xfmr (9)其中D为脉冲占空比,f S为电路工作频率,L’ik为主边变压器漏感(或与外接电感的串联值),rt是变压器原边等效电阻,τ是原边等效电流衰减时间常数,Vfp是反并联二极管导通压降。

第十章 软开关技术2——移相控制ZVS_PWM_DC-DC全桥变换器.

第十章 软开关技术2——移相控制ZVS_PWM_DC-DC全桥变换器.
量很容易满足式8.18。
❖ 3.滞后桥臂实现ZVS
滞后桥臂要实现ZVS比较困难。在滞后桥臂开关过程中,变压器副边是短
路的,此时用来实现ZVS的能量只是谐振电感中的能量,如果不能满足
下式,就无法实现ZVS。
1 2
Lr I22
ClagVin2
1 2
CTRVin2
(8.19)
10.3. 4 实现ZVS的策略及副边占空比的丢失
所谓副边占空比丢失,就是副边占空比DS 小于原边的占空比 DP 。
产生副边占空比丢失的原因是:存在原边电流从正向(或负向)变化到负
向(或正向)负载电流的时间,这部分时间与二分之一开关周期的比值
就是副边的占空比丢失 Dloss,即
Dloss
t25 TS / 2

t25
Lr
[I2
ILf Vin
(t5) /
要实现开关管的零电压开通,必须满足下式:
E
1 2
CiVin2
1 2
CiVin2
1 2
CRTVin2
CiVin2
1 2
CRTVin2
(i=lead, lag)
(8.18)
❖ 2.超前桥臂实现ZVS
超前桥臂容易实现ZVS。在超前桥臂开关过程中,输出滤波电感Lf 是与谐
振电感 Lr串联的,此时用来实现ZVS的能量是Lf 和 Lr中的能量。这个能
K]
那么有:Dloss
2Lr
[I2 ILf (t5 ) / Vin TS
K]
可知:① Lr越大,Dloss 越大;②负载越大,Dloss越大;③ Vin越低,Dloss 越大。 Dloss的产生使DS 减小,为了得到所要求的输出电压,就必须减小原副边的

一种新型零电压、零电流全桥PWM DCDC变换器的研制.

一种新型零电压、零电流全桥PWM DCDC变换器的研制.

江苏大学硕士学位论文一种新型零电压、零电流全桥PWM DC/DC变换器的研制姓名:凌俊杰申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:刘星桥20050611江苏大学硕士学位论文摘要移相全桥零电压、零电流(PS-FB.ZVZCSPWM)变换器在原边电压过零期间复位原边电流,实现超前桥臂零电压开关,滞后桥臂零电流开关,从而克服了移相全桥零电压(PS.FB—Zvs.PwM)变换器的明显不足。

国内外先后提出了多种不同的拓扑结构,但都尚存在诸如:损耗增加、控制困难、制造工艺复杂等问题。

本文提出的一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ZVZCS—PWM变换器与目前各,中zvzcs.PWM电路拓扑相比较:采用了无损耗元件及有源开关的简单辅助电路;副边整流二极管的电压应力和传统的硬开关电路一样小;轻载时筘位电容的充、放电电流能根据负载情况自动调整,可保证在很宽的负载范围内变换器都有高效率;辅助回路二极管D可以实现软关断,因而反向恢复影响小。

论文分析了该新型变换器的工作原理,提出了参数设计依据,进而推导了变换器各种状态时的参数计算方程;运用Pspicc9.2电路专用仿真软件成功地对变换器工作特性进行了仿真,分析了各参数对变换器性能的影响,并得出了变换器的优化设计参数;最后研制出基于该新型拓扑的1千瓦移相控制零电压、零电流软开关电源,给出了其主电路、控制电路、保护电路及高频变压器等的设计过程,并在实验样机上测量出实际运行时的波形及变换器效率。

理论分析与实验结果证明:该变换器拓扑能在1/3负载以上范围内实现超前桥臂的零电压开关,在任意负载下实现滞后桥臂的零电流开关;在很宽的负载范围内都具有商效率:尤其适合以IGBT作为主功率开关管的高电压、大功率功率变换,具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。

关键词:软开关零电压.零电流开关(ZVZCS)移相控制全桥变换器江苏大学硕士学位论文ABSTRACTFhase—shiftedfull—bridgezero・voltageandconverterzero-current—switching(ZVZCS)PWMtorealizetheZVSresetstheprimarycur/eatduringthefreewheelingperiodandtheZCSofofleading-legslagging・legs,whichovercomesSOmeobviousdisadvantagesofphase-shiftedfull-bridgezero-voltage・switching(ZVS)converter.Atpresent.theexistingmethodstoresetprimarycurrenthavesomelimitationssuch船lossincreasing,difficultcontrolandcomplicatedmanufacturingtechnnology,etc—AnovelZVZCSconverterisproposedwhichComparedwiththepreviouslyproposedconsistsofneitherlossycomponentsnorusesacoupledoutputinductor.auxiliarycircuitthatstresstopologies.asimpleactiveswitchingsisused.ThevoltageofthesecondaryrectifierdiodeiskeptaS.smallaS.thatofhard—switchingconverter.Thecurrenttochargeclampingcapacitanceisself-adjustedoverinaccordancewiththeloadatlightcondition,whichguaranteeshighefficiencywideloadrange.Diode现ofauxiliarycircuitissoftlycommutatedandit’Sofreverserecoveryisminimized.Theprincipleofthenovelconverterisanalyzed,andthefoundationsofparameter-designarepresented.Futhermore,parametercalculationformulasatperformedsuccessfullytodifferentmodesarededuced.AsimulatiOil.isanalyzeontheconverter’SworkmgcharacteristicsusingPspice9.2,differentparameters’effectsconverterareperformanceofanalyzedandtheoptimizedparametersonhavebeenobtained.OneIKWZVZCSsoft—switchingpowersupplybasedthistopologyisdeveloped,andthedesignprocessofmaincircuit,controlcircuit,protectioncircuittransformerarcpresented,lastly,workingmeasuredonandhi曲。

通信电源DC-DC变换器的移相全桥电路分析

通信电源DC-DC变换器的移相全桥电路分析

通信电源DC-DC变换器的移相全桥电路分析通信电源DC/DC变换器的移相全桥电路分析本文针对通信电源中DC/DC变换器的移相全桥主电路进行了分析及研究,并提出了采用改进型倍流整流移相全桥电路,来克服传统ZVS PWM全桥变换器存在的一些问题。

1 集中供电方式通信电源系统为了保证稳定、可靠、安全供电,通信电源系统可采用集中供电、分散供电、混合供电或一体化供电方式。

其中集中供电方式通信电源系统的组成框图如图1 所示。

图1 集中供电通信电源系统示意图目前,国内外通信电源仍然大都采用模拟和数字相结合的控制方式,大量应用数字化技术的还主要是保护和监控电路以及与系统的通信,完成电源的起动、输入与输出的过、欠压保护,输出的过流与短路保护及过热保护等,通过特定的界面电路,也能完成与系统间的通信与显示,但PWM 部分仍然采用专门的模拟芯片。

如中兴和华为目前还是采用传统的模拟技术,艾默生已有部分产品采用了全数字的控制,但其EMC、环路稳定性等问题还有待于改善。

本文针对通信电源的特点及现状,采用倍流整流的移相全桥变换器作为主电路,进行了关键参数的计算,并设计出样机进行分析仿真结果。

2 改进型倍流整流移相全桥变换器关键参数设计倍流整流主电路结构如所图2 示。

该电路由全桥逆变和倍流整流电路组成,根据负载大小的不同,该电路可工作在断续和连续模式,在断续状态下,副边二极管自然换流,没有反向恢复引起的电压尖峰,也没有占空比丢失的情况发生,但占空比较小,效率较低。

图2 倍流整流主电路在连续模式下(如图3 所示),要从实现副边整流二极管的自然换流以及实现滞后管ZVS 两个方面着手。

而实现这两点的关键在于阻断电容和输出滤波电感的优化设计。

图3 电路连续模式波形图下面对这两个元件的选择作出分析。

2.1 阻断电容设计阻断电容上的电压使得原边电流在零电平时快速下降,所以副边整流二极管在副边电压为零阶段能换流结束,从而避免了二极管的反向恢复问题,并且二极管换流结束后,由于二极管的自然阻断能力,电感上的电流反向后可以流经副边,从而折射回原边给滞后管提供能量实现ZVS。

电动汽车DCDC移相全桥变换器整流桥震荡原因及控制

电动汽车DCDC移相全桥变换器整流桥震荡原因及控制

移相全桥ZVS变换器整流桥寄生振荡的抑制移相全桥零电压开关PWM变换器(PS-FB- ZVS-PWM converter)利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关,同时又实现了PWM控制。

该变换器电路结构简洁,控制电路简单,是中大功率直直变换场合的理想电路拓扑之一[1]。

但是,传统的移相全桥变换器输出整流二极管不是工作在软开关状态,存在反向恢复过程。

在输出整流二极管反向恢复时,由于变压器的漏感(或附加的谐振电感)和整流二极管的结电容以及变压器的绕组电容之间发生高频谐振,整流桥产生寄生振荡,二极管上存在很高的尖峰电压[2~4]。

这将带来电路损耗,并影响整流桥的使用寿命。

因此,必须采用有效的缓冲电路来抑制寄生振荡,消除输出整流二极管上的尖峰电压。

1整流桥寄生振荡的产生与抑制对策整流桥寄生振荡产生于变压器的漏感或附加的谐振电感与变压器的绕组电容和整流管的结电容之间。

当副边电压为零时,在全桥整流器中四只二极管全部导通,输出滤波电感电流处于自然续流状态。

而当副边电压变化为高电压Vin/K(K是变压器变比)时,整流桥中有两只二极管要关断,另两只继续导通。

这时候,变压器的漏感或附加的谐振电感就开始和关断的整流二极管的电容谐振。

整流桥换流的等效电路如图1所示。

从中可以看出,副边漏感上电流ILlk是负载电流I Lf和即将关断的二极管反向恢复电流之和,其大小为:其中,Cd为整流二极管结电容。

即使采用快恢复二极管,二极管依然会承受至少两倍的尖峰电压[2]。

为了抑制寄生振荡,减小输出整流二极管上的尖峰电压,必须采用有效的缓冲电路。

文献当中提出了多种方式,主要有RC缓冲电路、RCD缓冲电路、主动箝位缓冲电路、第三个绕组加二极管箝位缓冲电路和原边加二极管箝位缓冲电路等[2~4]。

前几种方式,要么带来额外的损耗,不利于提高变换器的效率,要么需要增加开关管或者绕组,增加了电路复杂性和成本。

因此本文重点讨论原边加二极管箝位的缓冲电路形式。

移相全桥DC_DC变换器双闭环控制系统设计

移相全桥DC_DC变换器双闭环控制系统设计

随着我国电源行业的发展,在中大功率应用场合,采用PWM 控制技术的移相全桥DC/DC 变换器越来越受到人们的关注,随着PWM 控制技术逐渐向高频化方向发展,全球各大集成电路生产商竞相研制出各种新型的PWM 控制器件,其中TI 公司推出的UCC3895是一款具有代表性的移相全桥控制器件。

该器件既可以工作于电流模式也可以工作于电压模式,又可以为谐振零电压开关提供高频、高效的解决方案,具有广阔的应用前景。

这里基于UCC3895设计了移相全桥DC/DC 变换器的双闭环控制系统,并结合实际应用对该系统进行了实验测试。

1移相全桥DC/DC 变换器闭环系统工作原理移相全桥DC/DC 变换器闭环系统结构框图如图1所示。

直流输入电压经过全桥逆变、高频变压器降压、输出侧整流滤波得到所需的直流电压。

四路PWM 波配置为两组,PWM1、PWM2为一组,用来控制全桥逆变模块的超前臂;PWM3、PWM4为另一组,控制滞后臂。

PWM1与PWM2互补,PWM3与PWM4互补,可通过UCC3895设置合适的死区时间。

该闭环控制电路采用峰值电流模式,外环电压调节器的输出作为电流内环的基准,在电流环中对采样的电流进行斜坡补偿,以保证占空比大于50%的时候,系统仍能稳定工作。

电流环的输出作为调制信号,通过脉宽调制电路、移相电路、隔离驱动电路实现对系统的闭环控制[1]。

2闭环控制电路设计2.1控制模式闭环系统采用恒定导通时刻峰值电流控制方式,可以实现逐个脉冲控制,动态响应速度快,稳定性好,并且易于实现限流及过流保护。

工作原理框图如图2所示。

收稿日期:2009-07-04稿件编号:200907017作者简介:宋杰(1985—),男,四川都江堰人,硕士。

研究方向:现代电子技术及其应用。

移相全桥DC/DC 变换器双闭环控制系统设计宋杰(西南大学工程技术学院,重庆400716)摘要:提出移相全桥DC/DC 变换器闭环系统设计方案,基于PWM 控制器件UCC3895设计一个双闭环控制系统,该系统采用电压外环和电流内环的控制方式,在电压环中引入双零点、双极点的PI 补偿,电流环中引入斜坡补偿,结合实际应用对闭环系统进行实验测试,结果表明所设计的闭环系统动态响应快,稳定性好。

基于移相全桥的车载辅助充电DC-DC变换器设计

基于移相全桥的车载辅助充电DC-DC变换器设计

基于移相全桥的车载辅助充电DC-DC变换器设计徐晨汀;吴新科【摘要】针对纯电动汽车辅助充电DC-DC变换器的设计问题,对纯电动汽车电气系统结构及DC-DC变换器的应用需求进行了分析.并根据实际需求设计了一款基于移相全桥拓扑的DC-DC变换器.该变换器通过在电路原边外加电感拓宽了电路的ZVS范围,通过在原边变压器及外加电感间增加两个箝位二极管抑制了电路的电压尖峰;同时副边采用同步整流技术进一步提升了电路效率.最后给出了电路关键参数的设计过程和控制的实现方法,并搭建了一台实验样机对理论分析进行了验证.研究结果表明,所设计的样机能够输出160A电流并实现了轻载96%以上的效率.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2016(033)003【总页数】5页(P352-356)【关键词】车载充电器;DC-DC变换器;移相全桥【作者】徐晨汀;吴新科【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM461随着能源危机与环境污染的加剧,新能源汽车作为替代传统汽车的节能环保型交通工具,开始被越来越多的消费者认可。

根据中国汽车工业协会的数据,2015年1~8月份中国新能源汽车销量达到了10.87万辆,已远超2014年全年销量。

纯电动汽车(EV)作为新能源车中最重要的一种,也被认为是未来汽车的发展方向。

为了满足汽车中不同电压等级负载的要求,目前电动汽车的电气系统包含高压系统和低压系统两部分。

高压系统中由高压动力电池给电机,空调系统等提供电能;低压系统中则由低压蓄电池给仪表盘,雨刮器等汽车低压负载提供电能。

高压动力电池和低压蓄电池之间通过一级车载辅助充电DC-DC变换器连接,用于高压电池给低压负载的供电,同时给低压电池充电。

由于高压动力电池的电压等级为400 V,而低压蓄电池电压等级为12 V,因而要求DC-DC变换器能够实现高低压的电气隔离;为了加快电池的充电效率,要求DC-DC变换器具备输出大电流的能力;同时由于蓄电池的充电过程大多伴随着它的使用,变换器将较多地工作于轻载情况下,因而要求变换器拥有较高的轻载效率。

9种移相全桥ZVZCSDCDC变换器

9种移相全桥ZVZCSDCDC变换器

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.2)ChenK.电路如图2所示[2][3].该电路超前桥臂并联有串联的电感和电容.电感L1和L2很小,不影响开关管的ZVS,但有两个好处:一是限制振荡的电流峰值;二是在负载很小,开关管不能实现ZVS时,限制开关管的开通电流尖峰.该拓扑结构利用IGBT的反向击穿特性,解决了滞后桥臂IGBT关断时的电流拖尾问题,可以提高IGBT的开关频率,而且在负载很小时也能实现零电流开关.但是,这个电路也付出了代价,漏感L1k中的能量反向时漏感L1k中的能量全部消耗在反向击穿的IGBT中.3)原边加隔直电容和饱和电感的FB-ZVZCS-PWM变换器如图3[4]所示.它在基本的移相全桥变换器的基础上增加了一个饱和电感Ls,并在主电路上增加了一个阻挡电容Cb,阻挡电容Cb与饱和电感Ls适当配合,能使滞后桥臂上的主开关管实现零电流开关.在原边电压过零阶段,饱和电感工作在线性状态,阻止原边电流ip反向流动,在原边电压为Vin或-Vin时,它工作在饱和状态.尽管它有许多明显的优势,但也有不足之处,如最大占空比范围仍受到很多限制,特别是饱和电感上有很大的损耗,饱和电感磁芯的散热问题是一个必须解决的问题.4)副边采用有源箝位开关的FB-ZVZCS-PWM变换器如图4所示[5].这种电路没有使用耗能元件,在副边增加有源箝位开关S,并通过对有源箝位开关的适当控制,为滞后桥臂创造零电流开关条件.超前桥臂在零电压导通与关断的过程中,输出滤波电感Lf参与了谐振过程,而输出滤波电感通常具有很大的值,超前桥臂开关管可以在很大的负载范围内满足零电压开关条件,开关管的导通与关断的死区时间间隔受原边电压最大占空比的限制.在此种拓扑结构中,可能会出现副边整流输出电压的占空比大于原边电压最大占空比的现象,这种现象称为“占空比增大效应”(dutycycleboosteffect)这种现象是由箝位电容Cc和箝位开关的作用造成的.此电路的主要缺点是控制上稍微复杂一些,以及有源箝位开关采用的是硬开关,但是,有源箝位开关在一个开关周期中仅工作很短一段时间,对变换器整体效率影响很小.5)利用变压器辅助绕组的FB-ZVZCS-PWM变换器电路拓扑如图5所示[6].该电路通过在副边增加一个变压器辅助绕组和一个简单的辅助线路,无须增加耗能元件或有源开关来取得滞后桥臂ZCS.其副边整流电压可由箝位电容箝位,一般可将其限制在120%额定值内,该方案可在大功率场合应用.该电路拓扑的优点是负载范围宽,占空比损失小,器件的电压应力、电流应力小,成本低.但是它也有缺点,即副边结构复杂,设计时有些困难.6)副边带能量恢复缓冲电路的FB-VZCS-PWM变换器如图6所示[7].它的副边增加了由3个快恢复二极管和2个小电容构成的能量恢复缓冲电路,此电路在能量传递初始期间,电容Cs1和Cs2与漏感谐振,电容上的电压达到2nVin,超前桥臂开关管一关断,电容上电压就折合到原边,在漏感上产生一反压,使得原边电流下降.而且,通过能量恢复电路的低阻抗路径使副边整流二极管实现了ZVS.该结构稍微复杂些,最大缺点是,由于电容Cs1和Cs2与漏感谐振,使得副边整流电压几乎是正常电压nVin的2倍,增加了整流管的电压应力,并且由于存在大量环流,也增加了导通损耗.7)使用改进的能量恢复缓冲电路的FB-ZVZCS-PWM变换器如图7所示[8].它运用改进的能量恢复缓冲电路来减小循环电流和副边瞬间超压.除了增加二极管Ds4外,其工作原理和线路与6)相同.8)滞后桥臂中串入二极管的FB-ZVZCS-PWM变换器如图8所示[9].它利用串联二极管阻断电容电压可能引起的原边电流的反向流动.可以在任意负载和输入电压变化范围内实现滞后桥臂的零电流开关.9)副边利用简单辅助电路的FB-ZVZCS-PWM变换器如图9所示[10].此电路副边由一个简单辅助电路构成:包括一个小电容和两个小二极管,结构简单,整流电压不恒定,取决于占空比.该方案不含饱和电感,辅助开关,不产生大的环流,没有额外的箝位电路,这是因为,副边整流电压被箝位于箝位电容电压与输出电压之和.所用的元器件均在低电压,低电流下工作,还有负载范围宽,占空比损失小等优点,从而使此变换器具有高效率,低成本,解决了目前常见变换器的许多问题.在高功率场合很有发展前途.3结语综上所述可知,图2和图3电路使用耗能元件来复位原边电流,降低了总效率并阻碍功率超过5kW;图4电路通过副边增加有源箝位开关来复位原边电流,价格较贵并且控制复杂,有源箝位开关采用的是硬开关,开关频率是原边的两倍,开关损耗大;图5电路所有有源和无源元器件都工作在最小电流应力和电压应力下,有较宽的ZVZCS范围,较小的占空比损耗,不存在严重的寄生环流,功率超过5kW,但是辅助电路复杂;图6电路中电容Cs1和Cs2与漏感谐振引起大的循环能量,降低了总效率并使得副边整流电压几乎是正常电压nVs的二倍,增加了副边整流管的电流应力,变压器和开关的导通损耗也增加了;图7电路是对图6电路的改进,它减小了副边瞬间超压和环流,也能使开关损耗传到负载;通过比较图6和图7缓冲电路中Cs放电时间和漏感L1k 复位时间,可以看出吸收电容复位变压器漏感能量的能力和容量,后者比前者加倍,因而使用图7电路能扩展到重载范围.图9电路简化了前几种ZVZCS方案,仅仅增加由一个小电容和两个小二极管组成的简单辅助电路,无须增加耗能元件和有源开关实现ZVZCS,不仅为原边开关提供ZVZCS条件,而且箝位副边整流二极管,效率高而且价格便宜.。

移相全桥零电压开DCACACD变换器

移相全桥零电压开DCACACD变换器

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第5阶段:^~>t7 O t6时印=0
iti lUklUA 波
丁2、•B都是通态,从t6开始,电源V。经丁3、Nl
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2.9.2 —个周期的开关过程(续7)
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基于+ARM+的移相全桥+DC-DC+变换电路软开关的研究

基于+ARM+的移相全桥+DC-DC+变换电路软开关的研究

分类号学号 M200971907 学校代码 10487 密级硕士学位论文基于ARM的移相全桥DC-DC变换电路软开关的研究学位申请人:袁野学科专业:控制理论与控制工程指导教师:程善美教授答辩日期:2012年2月10日A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for theDegree of Master of EngineeringResearch on Soft Switch of Phase-Shifted Full Bridge DC-DC Converter Based on ARMCandidate : Yuan YeMajor : Control Theory and Control EngineeringSupervisor : Prof. Cheng ShanmeiHuazhong University of Science & TechnologyWuhan 430074, P. R. ChinaFeb., 2012独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知,除文中已标明引用的内容外,本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。

本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

保密□,在______年解密后适用本授权数。

本论文属于不保密□。

(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名:指导教师签名:日期:年月日日期:年月日华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要随着电力电子技术的发展,开关电源越来越趋向于高频化。

电动汽车移相全桥DC-DC变换器研究共3篇

电动汽车移相全桥DC-DC变换器研究共3篇

电动汽车移相全桥DC-DC变换器研究共3篇电动汽车移相全桥DC/DC变换器研究1电动汽车移相全桥DC/DC变换器研究近年来,随着环保理念的兴起以及能源问题的日益严峻,电动汽车正逐步成为人们关注的焦点。

而在电动汽车发展的过程中,电池和电机的性能和控制水平是决定其能否商业化、能否长期竞争的关键因素之一。

而作为电池和电机控制的枢纽,电源管理系统也在不断地进化和完善。

在电源管理系统中,DC/DC变换器是电池电压对电机电压进行变换的必要措施之一。

因此,对DC/DC变换器的研究和改进也变得尤为重要。

作为DC/DC变换器的一种常用形式,电气传动系统移相全桥DC/DC变换器因其灵活控制和有利的性能参数而备受研究者青睐。

移相全桥DC/DC变换器含有3个电感和4个开关管,其输出电压可通过改变开关管的导通方式进行控制。

总体来说,移相全桥DC/DC变换器采用了较为灵活的控制策略,且具有输出电压稳定、功率密度大、效率高等优点,因此十分适合应用于电动汽车等领域。

然而,传统的移相全桥DC/DC变换器具有电容电压分布不均、输出电压波动较大等缺陷,这些问题很大程度上受到了开关管的质量、损失以及开关策略的影响。

近年来,研究学者们通过改变开关策略、增加电感等措施来提高移相全桥DC/DC变换器的性能。

以全桥变换器为例,研究者引入了较为复杂的控制策略,如分割电容、交错半砌体等方式来缓解容压分布不均的问题。

然而,这些复杂的方案对于电动汽车等对控制系统稳定性、结构简洁、效率高等要求较高的系统来说不尽合适。

因此,为了进一步提高移相全桥DC/DC变换器的性能,研究者们提出了多种新型控制策略。

例如,采用基于PWM的移相全桥DC/DC变换器的控制系统,采用预计算方法确定电源电路运行状态的控制系统等等。

通过综合利用这些新型技术,使得移相全桥DC/DC变换器的性能得到了显著改善,容压分布与输出电压波动大大降低,这种改进措施有望为电动汽车等领域的应用提供更优秀的解决方案。

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