移相全桥变换器的小信号电路模型建模与仿真

移相全桥变换器的建模与仿真

文章编号：０９３６（０８０ —０１０１０ —６４２０）５０４ —２
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移相全桥变换器的建模与仿真
王海莉，吴延华（黑龙江科技学院电信学院，黑龙江哈尔滨１０２）５０７摘要：文章通过Ｂｃｕｋ变换器推导出移相全桥变换器的小信号电路模型，用解析理论的方法求得变换器运行特性利的解析表达式，使之成为能对变换器进行定性和定量分析的建模方法。建模过程中需要做出某些近似假设，以求简化分析。并采用ＭＡＴＡＢ软件进行仿真，用奈奎斯特判据来判断系统的稳定性。Ｌ利
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图１理想Ｂｃｕｋ变换器
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出的。这种方法不仅简化了计算过程，各种不同结使构变换器的解析模型具有了统一的形式，且操作性而更强，工作人员仍可以用波德图（ｏｅＰｏ）Ｂｄｌｔ或者奈奎
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１变换器小信号电路模型的推导
由于移相全桥变换器可由Ｂｃｕｋ变换器变化而来，先根据Ｂｃ首ｕｋ变换器的原理，采用状态空间平均
维普资讯
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２００８年９月２５日第２５卷第５期

移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计

移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计摘要：小信号建模分析是移相全桥ZVS变换器理论研究的重要部分，利用小信号建模分析可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统，建立符合设计要求的物理模型。

本文小信号模型基于Buck 变换器电路的开环小信号模型，利用状态空间平均法原理，搭建出峰值电流控制的闭环小信号模型。

这就需要先构分析研究Buck变换器开环小信号模型建立方法，在完成以上理论研究并搭建出闭环小信号模型基础上，为后续设计数字控制器打好基础。

关键词：状态空间平均法 BUCK变换器小信号建模一、引言性能良好的控制器是开关电源所必需的，需要建立闭环小信号模型从而完成控制器的设计。

在研究一个典型变换器系统时，当输入电压或负载发生变化时，我们常希望通过闭环反馈控制系统，来调节变换器的开关管通断时间，并且要采取相应措施来抑制输入电压、负载变化等对变换器输出参数的影响，提高系统稳定性输出精度，保持变换器系统输出电压恒定，具备较好的静态性能，并使系统的超调量、调节时间等动态性能满足设计要求。

因此，变换器作为闭环控制系统，其静态、动态性能是否满足要求，与反馈控制的设计好坏密切相关。

由于开关管、整流二极管这些非线性器件移相全桥ZVS变换器中得到了大量使用，因此移相全桥ZVS变换器是一个典型的非线性系统，较为复杂。

因此我们寻求一种高效的数学的方法，简化复杂的物理模型，从而得到一种较好理解和分析研究的数学模型，即小信号模型。

二、状态空间平均法原理分析在电路系统中，各状态变量的小信号扰动量的关系，随着系统处于某稳态工作点附近时，可以近似看做为线性特性，因此利用小信号建模分析就可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统，建立符合本文设计要求和较容易分析研究的物理模型。

[1]在简化物理模型后，电路系统中各控制量对输出电压的传递函数就可以建立起来了，之后对控制器的设计就可以利用经典控制理论来完成了。

本文采用常见且应用成熟的小信号建模方法：状态空间平均法。

ZVZCS移相全桥变换器建模与仿真分析

Байду номын сангаас
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｉｒｎｃｉｐｌｅｏｆＺＶＺＣＳ（ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＺｅｒｏＣｕｒｒｅｎｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）ｐｈａｓｅｓｈｉｔｆｅｄｆｕｌｌｂｉｒｄｇｅ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆａｃｈｉｅｖｉｎｇｓｏｔｆｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｎｖｃ￣ｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｂａｓｉｎｇｏｎｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｄｕｔｙｃｙｃｌｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＳｓｅｃｏｎｄａｒｙｓｉｄｅｖｏｌｔａｇｅ．ＴｈｅＡＣｓｍａｌｌ
卞新高，叶奇，王乐义，徐佳炜
（河海大学机电工程学院，江苏常州２１３０２２）摘要：系统地分析了零电压一零电流（ＺｅｒｏＶｏｌｔａｇｅＺｅｒｏＣｕｒｒｅｎｔＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）移相全桥变换器的工作原理．提出了变换器实现软开关的条件，并在此基础上运用了变压器副边有效占空比的概念，确定主电路参数范围。结合Ｂｕｃｋ变换器的交流小信号等效模型，建立了ＺＶＺＣＳ软开关全桥变换器的交流小信号等效模型。利用ＭＡＴＬＡＢ对系统开环传递函数进行仿真，并进一步通过对系统的幅频、相频特性及阶跃响应进行分析．判断系统的开环及闭环稳定性。仿真结果表明系统在开环及闭环情况下均是稳定的。并且相对于常规的Ｂｕｃｋ变换器具有更高稳定性。

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。

车载移相全桥DC-DC变换器的设计与仿真

车载移相全桥DC-DC变换器的设计与仿真何德威;石春;吴刚【摘要】采用数字控制方式的移相全桥DC-DC变换器具有控制回路结构简单、抗干扰能力强等优点.以车载移相全桥DC-DC变换器为控制对象,在分析其拓扑结构并得到二阶数学模型的基础上,通过频域分析系统的稳定性,并设计数字PID控制器,构成闭环系统.采用Saber-Sirnulink联合仿真的方式指导参数调节,在兼顾仿真系统收敛性的基础上加快仿真速度,缩短PID参数的调整过程;在考虑车载电源对快速性、超调量的要求下,得到满足要求的控制器参数.通过样机试验验证了分析的正确性.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】5页(P75-79)【关键词】数字控制;移相全桥;车载;PID控制;联合仿真;Saber;Simulink【作者】何德威;石春;吴刚【作者单位】中国科学技术大学信息科学技术学院,合肥230026;中国科学技术大学信息科学技术学院,合肥230026;中国科学技术大学信息科学技术学院,合肥230026【正文语种】中文【中图分类】TM46;U463.6近年来，由于环境污染、化石能源短缺等问题日益突出，以电动汽车为代表的新能源汽车受到了人们的关注，且发展迅速，对电动汽车车载电力电子设备的研究也方兴未艾。

针对电动汽车车载高低压直流变换器（DC-DC）的研究则是车载电力电子技术的重点，考虑到电动汽车越来越严苛的能耗要求、车载情况下复杂的电磁环境以及逐渐增加的电附件，对电动汽车车载DC-DC 变换器在效率、抗干扰、大功率等方面提出了越来越高的标准。

移相全桥PSFB（phase-shift full bridge）拓扑，采用外加电感与开关管寄生电容（或并联电容）谐振的方式实现软开关技术，在高频应用时相比全桥拓扑能极大地提高效率，同时能够适用于大功率的应用场合。

而传统PSFB 变换器的控制器往往采用模拟IC 芯片搭配分立元器件来实现功能，相比之下，数字控制系统具有控制回路简洁、抗干扰能力强的优点，并且数字控制芯片兼有实时通讯等接口，能够满足车载环境下实时监控与通讯等需求。

模糊自适应PID控制的移相全桥变换器设计与仿真

模糊自适应PID控制的移相全桥变换器设计与仿真赵文春;王博;刘胜道;郑云波【摘要】针对普通PID控制难以应付移相全桥DC/DC变换器时变非线性的不足，提出采用模糊自适应PID控制的方法。

该方法基于误差信号，对应模糊控制规则得出PID参数的实时修改量，对复杂系统具有一定的自适应性。

利用Matlab/Simulink工具箱进行了普通PID控制和模糊自适应PID控制的系统建模，并对输入电压和负载突变情况进行了仿真。

仿真结果验证了系统的可行性，通过对比表明模糊自适应PID控制在启动、负载突变等情况下动、静态性能均优于普通PID控制，提高了系统性能。

%Since the traditional PID control is hard to solve time⁃varying nonlinear problem of phase⁃shifted full⁃bridge DC/DC converter,the method of using self⁃adaptive fuzzy⁃PID control is proposed. The real⁃time modifiers of PID parameters are ob⁃tained by fuzzy control rules corresponding to error signal. This method has certain adaptivity to complex system. The traditional PID control and self⁃adaptive fuzzy⁃PID control were conducted with system modeling by Matlab/Simulink toolbox,and the input voltage and load changes were simulated. The simulation results verify that this system is feasible. The static and dynamic perfor⁃mances of self⁃adaptive fuzzy⁃PID control are better than the traditional PID control in the situation of start⁃up and load changes. System performances were improved.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)019【总页数】4页(P110-113)【关键词】移相全桥;DC/DC变换器;PID控制;模糊控制【作者】赵文春;王博;刘胜道;郑云波【作者单位】海军工程大学电气工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学电气工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学电气工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学电气工程学院，湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TN710-34;TP273+.4开关电源是利用现代电力电子技术，通过对开关管开关时间的控制，维持稳定输出的一种电源。

移相全桥电路的小信号建模与仿真

移相全桥电路的小信号建模与仿真
翁传辉;蔡逢煌
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2016(000)004
【摘要】小信号模型对于研究变换器的动态特性,变换器各元器件参数的设计有着十分重要的作用.本文从Buck电路出发,结合了移相控制以及零电压开关的原理,建立了移相全桥变换器的小信号模型.并通过对该电路的传递函数的幅频相频特性的分析,验证了该模型的正确性.
【总页数】4页(P63-66)
【作者】翁传辉;蔡逢煌
【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福建350108;福州大学电气工程与自动化学院,福建350108
【正文语种】中文
【相关文献】
1.串联预稳压全桥移相逆变电路系统模型仿真 [J], 刘嘉;李云峄;岳长路;白立来
2.移相全桥ZVZCS DC/DC变换电路的PSpice仿真研究 [J], 程琼;刘潇
3.基于DSP控制的移相全桥变换器移相PWM电路的设计 [J], 唐建军;梁冠安
4.移相全桥ZVS倍流整流电路的PSpice仿真研究 [J], 王海涛;张一鸣;高俊侠;李佳鹏
5.一种移相全桥同步整流电路仿真分析 [J], 胡利民;张亚红
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隔离式移相全桥电路的建模与控制研究

摘要随着电力电子技术的发展，作为电能变换装置的DC-DC变换器的应用越来约广泛，隔离式全桥变换器由于高功率，输入输出电气隔离的优点，应用场合广泛，移相控制使得全桥变换器能够实现ZVS软开关工作，进一步减少的变换器的通态损耗，提高了传输效率，广泛应用于对电能质量有着严格要求的航空航天、电力系统等场合中。

本文首先系统地研究了ZVS全桥变换器地具体工作过程，以半个开关周期为例分析了各开关模态的电流回路和持续时间，研究了在ZVS工作时副边整流侧的二极管换向过程，研究了超前桥臂和滞后桥臂各自实现ZVS的条件。

为了验证ZVS工作过程，在Saber仿真软件中搭建了开环仿真模型对开关管的ZVS工作特性进行了验证。

目前，在采用状态空间平均法对全桥电路建模时通常忽略变压器漏感和输出输出滤波电容的ESR，得到的模型并不能准确反映电路自身特性，本文在此基础上提出了一种改进型的小信号模型，该模型包含变压器漏感，输出电容ESR和变换器工作效率等关键参数，并推导了控制到输出及输出阻抗的传递函数，利用Saber搭建仿真模型对模型准确性进行了验证。

针对移相全桥电路的闭环控制和稳定性进行了研究，对电压控制方式和电流控制方式的原理进行了分析，并研究了闭环系统中补偿器的设计流程。

为了提高控制器的性能，在传统PID控制的基础上研究了模糊自适应PID控制方法在全桥变换器中的应用，根据系统输出电压的偏差和偏差的变化率建立模糊规则，在此基础上设计了模糊自适应PID控制器，从而使得PID控制器参数能够动态调整，系统具有更好的动态特性。

为了验证所设计的Fuzzy PID控制器的性能，在Saber和Matlab/Simulink 中搭建了闭环仿真模型，并于传统的PID控制器进行仿真对比。

通过仿真结果的对比可看出，模糊自适应PID控制方式于传统PID方式相比，系统输出电压具有更好的稳定性和动态特性，而且对系统输入电压和负载电阻的大范围变化具有更好的抗干扰性。

ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真

ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真于仲安;葛庭宇;何俊杰【摘要】针对传统的零电压(ZVS)、零电压零电流(ZVZCS)移相全桥变换器的各种缺陷以及实际参数选取困难的问题,采用一种改进型零电压移相全桥软开关变换器,即在原边钳位两个超快恢复二极管与一隔直电容来降低副边电路的寄生震荡以防止变压器进入磁饱和,为进一步提高变换器的效率,副边采用全波整流.对所设计的电路进行细致的原理分析,给出若干关键值的优化计算过程,并以UC3875作为控制芯片,通过saber仿真验证理论分析的合理性,结果表明电路在实现软开关的同时也抑制了副边整流器件的电压应力,证明了所提优化方案的可靠性.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2019(042)013【总页数】4页(P161-164)【关键词】软开关变换器;移相全桥变换器;零电压开关;电压应力;全波整流;优化计算【作者】于仲安;葛庭宇;何俊杰【作者单位】江西理工大学电气工程与自动化学院,江西赣州 341000;江西理工大学电气工程与自动化学院,江西赣州 341000;江西理工大学电气工程与自动化学院,江西赣州 341000【正文语种】中文【中图分类】TN710-34;TM7430 引言移相全桥软开关变换器因其效率高、发展比较成熟、控制相对简单以及高频化和轻量化，常应用于中大功率场合[1-3]。

目前软开关技术的实现主要有两种方法：一是ZVZCS，即超前臂实现零电压开通与滞后臂实现零电流关断；二是ZVS，即四个开关管均实现零电压开通。

实现ZVZCS 的关键在于变压器原边电流的复位，最初采用在原边串联一隔直电容与饱和电感，利用隔直电容提供复位电压，这使得滞后臂电压应力变大，而饱和电感则将原边电流钳位在零，但由于其损耗较大而仅限于中小功率场合[4]。

通过给滞后臂开关管串联二极管来阻止原边电流反向，但却无法避免导通损耗[5]。

当前应用的ZVS 技术普遍存在磁通不平衡、效率低下、占空比丢失严重等缺点[6-8]。

ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真

ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真作者：于仲安葛庭宇何俊杰来源：《现代电子技术》2019年第13期摘 ;要：针对传统的零电压（ZVS）、零电压零电流（ZVZCS）移相全桥变换器的各种缺陷以及实际参数选取困难的问题，采用一种改进型零电压移相全桥软开关变换器，即在原边钳位两个超快恢复二极管与一隔直电容来降低副边电路的寄生震荡以防止变压器进入磁饱和，为进一步提高变换器的效率，副边采用全波整流。

对所设计的电路进行细致的原理分析，给出若干关键值的优化计算过程，并以UC3875作为控制芯片，通过saber仿真验证理论分析的合理性，结果表明电路在实现软开关的同时也抑制了副边整流器件的电压应力，证明了所提优化方案的可靠性。

关键词：软开关变换器; 移相全桥变换器; 零电压开关; 电压应力; 全波整流; 优化计算中图分类号： TN710⁃34; TM743 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2019）13⁃0161⁃04Optimization design and simulation of ZVS phase⁃shifted full⁃bridge converterYU Zhongan， GE Tingyu， HE Junjie（School of Electrical Engineering and Automation， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China）Abstract： Aiming at the defects of traditional zero voltage （ZVS） and zero voltage zero current （ZVZCS） phase⁃shifted full⁃bridge converters， and difficulties in selecting actual parameters， an improved ZVS phase⁃shifted full⁃bridge soft⁃switching converter is used. In the primary side， two ultrafast recovery diodes and a DC blocking capacitor are clamped to reduce the parasitic oscillation of the secondary circuit and prevent the transformer from entering its magnetic saturation. In order to further improve the efficiency of the converter， full⁃wave rectification is adopted in the secondary side. A detailed principle analysis is performed for the designed circuit. The optimization calculation process of several key values is given. The rationality of the theoretical analysis is verified by Saber simulation by taking UC3875 as the control chip. The results show that the voltage stress of the secondary side rectifying device is suppressed while the soft switch is realized in this circuit， which proves the reliability of the proposed optimization scheme.Key words： soft⁃switching converter; phase⁃shifted full⁃bridge converter; zero⁃voltage switching; voltage stress; full⁃wave rectification; optimized calculation0 ;引 ;言移相全桥软开关变换器因其效率高、发展比较成熟、控制相对简单以及高频化和轻量化，常应用于中大功率场合[1⁃3]。

移相全桥PWM开关电源小信号模型的建立

移相全桥PWM 开关电源模型的建立2005-08-291．降压型电路理想开关模型理想开关模型建模时将开关器件如MOSFET 、IGBT 、VD 等理想化，即设其开通和关断是不需要时间的，并且忽略器件的通态压降和断态电流。

降压型电路开关器件理想化后如图1所示。

该电路工作时电路结构随着开关的开通和关断而变化，其电路方程也是随着开关的通与断而变化的。

因此理想开关模型是时变的。

电路的状态方程可以写成如下形式：图11111221,[,],[,],(1)i i s i s i A x B u t t t DT x A x B u t t DT t i n ---+∈+⎧=⎨+∈+=⋅⋅⋅⎩ (1)式中，101A C ⎡⎢=⎢⎣ 1/1L RC -⎤⎥⎥-⎦；110B L ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎣⎦； 201A C⎡⎢=⎢⎣ 1/1L RC -⎤⎥⎥-⎦；200B ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦；L C i x u ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦;[]i u u =;x 是状态矢量；i L 和u C 是状态变量；ui 是输入电压；D 是占空比。

理想开关模型与实际电路很接近，利用这一模型进行分析得到的结果与实际情况吻合得很好。

但理想开关模型是时变的，获得其解析解比较困难，因此通常用数值的方法来求解。

然而，数值方法总是针对某一特定的问题进行求解，无法获得对某一类控制系统具有普遍意义的结果，因此，常采用其他方法来建立模型进行分析，其中较普遍的状态空间平均法。

2．状态空间平均模型理想开关模型具有时变性，但在开关处于通态和断态时，其电路结构和状态方程是确定的，也就是定常的。

根据开关处于通态和断态时各自的状态方程及所占时间的比例，将（1）中两个不同时间段的方程按各自的时间比例加权平均，即可得到在一个开关周期内，系统近似的平均状态方程为xAx Bu =+ 12(1)A DA D A =+-12(1)B DB D B =+-即1x C⎡⎢=⎢⎣ 1/1L RC -⎤⎥⎥-⎦x+0D L ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎣⎦u (2) 该状态方程所刻画的模型即为系统的状态空间模型，该模型的方程是定常的，容易得到其解析解，可以获得对一类控制系统具有普遍意义的结果。

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）。

移相全桥PWM开关电源控制器设计与仿真研究

文章编号:100624710(2006)0320257205移相全桥PWM 开关电源控制器设计与仿真研究孙强,方波,张维娜(西安理工大学自动化与信息工程学院,陕西西安710048)摘要:采用TI 公司新一代移相PWM 控制芯片UCC3895,针对大功率全桥PWM 2ZVS 开关电源开发设计了电源控制器,阐述了峰值电流控制模式的实现以及调节器和保护电路的设计方法,特别是采用运放实现斜坡补偿避免了传统方法的不足。

最后用PSPICE9.1对控制器进行了仿真,结果验证了理论设计的合理性和可行性。

关键词:移相全桥;控制器;PSPICE;仿真;U CC3895中图分类号:TN86 文献标识码:ADesign and Simulation Research of the Controller ofFB 2PS 2PWM Switching Power SupplySUN Qiang,FANG Bo,ZH ANG Wei 2na(Faculty of Automation and I nformation Engineer ing,Xi .an Universit y of T echnology,Xi .an 710048,China)Abstr act:T he controller of FB 2PWM 2ZVS switching power supply is designed with the new type PS 2PWM IC UCC3895producted by TI company.This paper describes the realization of peakcurrent control mode,and design method of adjuster and pr otection cir cuit.Specilly,the implemen 2ting of slope compensation with operational amplifiers eliminates the defects caused by the con 2ventional appr oach.T he controller has been simulated with PSPICE9.1in the end and the simula 2tion r esults testify the rationality of design theory.Key words:phase shifted full bridge;controller;PSPICE;simulation;UCC3895 移相全桥PWM 开关电源具有拓扑结构简单、输出功率大、功率变压器利用率高、易于实现软开关、功率开关器件电压电流应力小等一系列优点,在中大功率应用场合受到普遍重视。

全桥移相软开关matlab仿真研究

全桥移相软开关matlab仿真研究姓名：王克峰摘要本文对PWM全桥ZVS软开关变换器进行了阐述和研究。

并简要给明了其工作原理和软开关实现的条件。

最后用matlab仿真进行了进一步的验证。

关键词：全桥移相软开关：零电压开关（ZVS）AbstractIn this paper，a detail analysis of soft full-bridge PWM conventer is performed.The operation elements and the soft-switching condtions are simply examined.And based on the analysis ,We verified it by Matlab simulation.Keywords:full bridge conventer;zero-voltage-switching(ZVS)第一章1.1 引言随着电力电子技术的高频化，开关损耗越来越不容忽视。

虽然提高开关器件的本身开关性能，能够减少开关损耗，但是如缓冲技术、无源无损技术、软开关技术等软开关技术在减少功率开关器件的开关损耗方面效果显著，理论上可以使开关损耗减少为零。

1.2 软开关技术的原理功率变换器通常采用PWM技术来实现能量的转换。

硬开关技术在每次开关通断期间功率器件突然通断全部的负载电流，或者功率器件两端电压在开通时通过开关释放能量，这种方式的工作状况下必将造成比较大的开关损耗和开关应力，使开关频率不能做得很高。

软开关技术是利用感性和容性元件的谐振原理，在导通前使功率开关器件两端的电压降为零，而关断时先使功率开关器件中电流下降到零，实现功率开关器件的零损耗开通和关断，并且减少开关应力。

1.3移相全桥PWM变换器移相PWM控制方式是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合。

其基本工作原理：每个桥臂的两个开关管180°互补导通，两个桥臂的导通之间相差一个相位，即所谓移相角。

移相全桥变换器电压模式控制器的设计与仿真

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈａｓｅ－ｓｈｉｉｆｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，＂ｖｏｌｔａｇｅ．－ｍｏｅ— ｄ－ｃｏｎｔｒｏＬ＇Ｍａｔｌａｂ；Ｓａｂｅｒ
ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｈｅｔｖｏｌｔａｇｅ — ｍｏｄｅ — ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙ．
船电技术ｌ控制技术
移相全桥变换器电压模式控制器的设计与仿真
张涛，刘胜道，祝小雨
（海军工程大学电气工程学院，武汉４３００３３）摘要：本文设计了一款ＺＶＳ移相全桥变换器，给出了移相全桥变换器的小信号模型。在小信号模型基础上，
采用Ｍａｔｌａｂ软件设计了电压模式控制器。最后采用Ｓａｂｅｒ软件对系统进行了仿真。仿真结果表明电压模式控制器是可行的，系统能够正常运行。关键词：移相全桥变换器电压模式控制中图分类号：ＴＭ４６１ＭａｔｌａｂＳａｂｅｒ文章编号：１００３．４８６２（２０１３）１０．００２８．０３
Ｏ引言
在开关电源的设计与研发中，开关变换器控制
系统的设计是非常重要的一个环节，它的好坏直接
额定输出电压Ｉ１ｏ＝２５Ｖ，变压器副原边匝ＬＬｎ＝Ｉ／６，

移相全桥变换器电压模式控制器的设计与仿真

移相全桥变换器电压模式控制器的设计与仿真张涛;刘胜道;祝小雨【摘要】本文设计了一款ZVS移相全桥变换器,给出了移相全桥变换器的小信号模型.在小信号模型基础上,采用Matlab软件设计了电压模式控制器.最后采用Saber 软件对系统进行了仿真.仿真结果表明电压模式控制器是可行的,系统能够正常运行.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2013(033)010【总页数】3页(P28-30)【关键词】移相全桥变换器;电压模式控制;Matlab;Saber【作者】张涛;刘胜道;祝小雨【作者单位】海军工程大学电气工程学院,武汉430033;海军工程大学电气工程学院,武汉430033;海军工程大学电气工程学院,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TM4610 引言在开关电源的设计与研发中，开关变换器控制系统的设计是非常重要的一个环节，它的好坏直接决定着电源的性能和质量。

目前主要的控制方式有电压模式和电流模式两种，电流模式补偿简单，环路响应快，但是它的数学模型比较难得到；电压模式补偿稍复杂，但是它的数学模型比较容易得到[1]。

本文采用电压模式控制，在移相全桥变换器小信号模型的基础上设计了电压模式控制器，并用Saber软件进行了仿真，仿真结果表明电压模式控制器是可行的。

1 ZVS移相全桥变换器参数本文设计了一款ZVS移相全桥变换器，并进行了仿真实验。

全桥变换器采用UC3875N芯片控制，其主要参数如下：输入直流电压Vin=220～360 V，额定输出电压Vo=25 V，变压器副原边匝比n=1/6，开关频率f=50 kHz，谐振电感及变压器漏感Lr=8.18 μH，输出滤波电感L=25 μH，滤波电容C=500 μF，等效串联电阻（ESR）Rc=0.13 Ω，负载电阻R=0.25Ω，基准电压Vref=2.5V，UC3875N的PWM锯齿波峰值VM=3.23V。

2 移相全桥变换器小信号模型状态空间平均法是变换器小信号建模的一个常用方法。

移相全桥变换器的小信号电路模型建模与仿真.

移相全桥变换器的小信号电路模型建模与仿真由于开关电源是一个线性与非线性相结合的综合系统，给系统的动态研究和设计带来很多不便。

本文主要是用状态空间平均法来进行建立模型，它是由美国加里福尼亚理工学院的R．D．MiddlebrOOk于1976年提出的。

这种方法不仅简化了计算过程，使各种不同结构变换器的解析模型具有了统一的形式，而且操作性更强，工作人员仍可以用波德图(Bode Plot)或者奈奎斯特(Nyquist)定理来对系统进行系统稳定的判定。

1 建模由于移相全桥变换器可由Bu由于开关电源是一个线性与非线性相结合的综合系统，给系统的动态研究和设计带来很多不便。

本文主要是用状态空间平均法来进行建立模型，它是由美国加里福尼亚理工学院的R．D．MiddlebrOOk于1976年提出的。

这种方法不仅简化了计算过程，使各种不同结构变换器的解析模型具有了统一的形式，而且操作性更强，工作人员仍可以用波德图(Bode Plot)或者奈奎斯特(Nyquist)定理来对系统进行系统稳定的判定。

1 建模由于移相全桥变换器可由Buck变换器变化而来，首先根据Buck变换器的原理，采用状态空间平均法，建立Buck变换器的小信号模型。

为简单起见，本文简化变换器，使其工作在理想状态，即状态转换是瞬间完成的，在任何时候都只有两种状态存在——导通或关断。

选择电感电流iL和电容电压Uc 为状态参量，输出电压Uo和输入电流Is为输出参量，Ui为输入参量，D为晶体管占空比。

如图l所示。

1)变换器工作在CCM状态下，由图2可知，在0≤t≤DTs时间段内，2)变换器工作在DCM状态下，由图3可知，在DTs≤t≤Ts时间段内，二极管的导通占空比为D’=1一D，则基本的状态平均方程组为：将上面各式代入到(10)式并减去式(11)得扰动方程为由于变压器存在漏感Lr，使得移相全桥变换器的有效占空比为Deff，它总小于原边占空比D，则有效占空比的计算如下式：由(16)式可看出，IL、Ui、D的扰动都会使有效占空比Deff发生扰动，而这三种不同的扰动量di、du、dd的表达式分别为从而得到移相全桥变换器的小信号等效电路模型如图4所示。

移相式全桥电源控制器的设计与Matlab仿真分析

《自动化与仪器仪表》２００９年第６期（总第１４６期）
移相式全桥电源控制器的设计与Ｍａｔｌａｂ仿真分析
余熠，江明（安徽工程科技学院电气工程系安徽芜湖，２４１０００）
摘要：采用ＴＩ公司新一代移相ＰＷＭ控制芯片ＵＣＣ３８９５，针对大功率全桥ＺＶ－ＺＣＳ－ＰＷＭ开关电源开发设计了电源
本文基于家用电动汽车夜间充电的实际，采用常规充电方式。将２２０Ｖ交流电经整流后逆变，变压放大，再整流滤波产生所需要的直流电压。充电器主电路采用移相控制ＺＶ－ＺＣＳ－ＰＷＭ全桥变换器，实现了超前桥臂的ＺＶＳ和滞后桥臂的ＺＣＳ。
收稿日期：２００９－０７－０９作者简介：余熠（１９８５－），男，研究生，主要研究方向为自动化仪表及测试。
紧凑巧妙，具有完善的限流及过流保护、电源欠压保护、基准欠压保护、软启动和软停止等功能。以图１主电路为控制对象，根据技术指标要求，以ＵＣＣ３８９５集成控制芯片为核心设计的开关电源控制器框图如图３所示。图３中，控制器由ＵＣＣ３８９５、时钟与锯齿波形成电路、电压和电流采样电路、斜坡补偿、调节器、隔离驱动及保护电路等部分组成。采用峰值电流模式双环控制。
1 整体电路结构设计全桥逆变电源电路逆变原理图如图１所示。全桥逆变
电源在脉宽调制方式下工作。２２０Ｖ的交流电经整流滤波后得到的直流电压加在桥臂上，通过ＰＷＭ波控制开关管的通或断，得到正负半周对称的高频脉冲经变压器降压，再经输出整流桥变为直流脉动方波，最后通过ＬＣ滤波得到直流量加到负载铁锂电池上。由于电池充电需要工作在恒流与恒压两种状态，所以，对电流信号采集采用ＬＥＭ型传感器，被测电路和测量变换电路之间没有直接的电气联系，具有很好的隔离作用。电压采样电路由精密电阻和可调电阻构成，由于单片机ＡＤ测量最大设定范围一般为５Ｖ，所以要使电池组电压成比例的缩小在５Ｖ范围内，为了抵抗电气干扰和高压电击，该电路采用高速隔离光耦ＰＣ８１７隔离。