不对称半桥变换器

不对称半桥变换器
Asymmetric half bridge Converter AHB
a
1
引言
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目前高频化已成为电力电子电路的主要特点，它可 以使变换器具有更高的功率密度、高可靠、低噪声 和快速响应能力，但由于电力电子开关器件的开关 损耗与开关频率成正比，频率越高，器件和电路的 损耗越大，变换器的效率也就越低。采用零电压开 关和零电流开关技术可以极大地减少变换器的开关 损耗。
驱动波形说明：
Ugs1、Ugs2分别是 开关管S1、S2的驱
动控制信号。
为了防止S1、S2出现共 同导通，设置死区时间
Td1、Td2。
说明：为了 分析方便死 区时间设置
偏长
Ugs1
Td1
Td2
Ugs2
a
t
t
6
不对称半桥的工作模态分析：t0时刻前
U gs1
Td 1
t 0前
Td2
S1导通，p点电压Up=Ui， 变压器T一次绕组电流i p经开
开关管S1 的占空比
为D
直流母 线电压
S２的占 空比为
S1 Ui
S2
RS
C S1
DS1 C1
p
Ls C S2 DS2
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
D1 n
iL0
L0
C0
R0 U0
整流二极 管D1和D2
Lo和Co 足够大。
（1-D） 电流检 测电阻
体内 二极 管
Ls为一次侧串
a
联电感
4
不对称半桥AHB电路的工作原理
Ls
C S2
DS2
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
D1 n
iL0
L0
C 0
R0 U0
二次侧二极管整流电压Umn：
U m n(U iU C)1 N N 1 2( 1Di)N U N 1 2
a
9
不对称半桥的工作模态分析：t1时刻
U gs1
Td 1
t 0 ~ t1
Td2
Ｕp=UCS2=UC1，
U gs2
U gs2
管D1、D2维持同时导通，iD1减 小，iD2上升，Ls承受最大反向
Up
电压-UC1，ip继续减小，下降斜
率达到最大，至t3时i p 为零。 U m n
UB
D *UB
t
t
(1-D )*U B
t
U0
C S1
ip
t
S1 Ui
S2
DS1 C1
p
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
iL0
L0
C0
t
iD 2
iD 2
t 0 t1 t2 t 3 t4
t5 t 6 t7 t8 t9
t
S1 Ui
S2
a RS
DS1 C1
p
Ls C S2 DS2
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
D1 n
iL0
L0
C0
11
R0 U0
不对称半桥的工作模态分析t2时刻
U gs1
Td 1
t2
Td2
t2时刻，ＵCS1上升到Ｕp，UCS2 下降到零，i p经DS2流通。二极
为了保持iLo不变，iD1减小，iD2上 升，二极管D1、D2同时导通，
t
Ｕmn=0，变压器二次等效短路，一次
Up
UB
D *UB
t 绕组N1电压为零，反向电压由Ls单独 承受。 ( 1 - D ) * U B
t
U mn
C S1
U0
ip
t
Im + i L 0 * N 2 /N 1
iD 1
iD 1
i L0* N 3 /N 1 - Im
为了简化分析，作如下假设:
１、变压器激磁电感Ｌm足够大； ２、滤波电感Ｌ0和电容C0足够大，工作于电 流连续模式； ３、隔离电容Ｃ1足够大，其上的电压在一个 周期内保持不变; ４、开关管寄生电容为常量，不随电压变化; 5、所有开关管和二极管都是理想的。
a
5
不对称半桥的原理时序分析
以输出滤波电感电流iLo连续为例。
t5 t 6 t7 t8 t9
t
C S1
t
S1
Ui
t
S 2
DS1 C1
p
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
iL0
L0
C0
R0 U0
a
Ls
t
RS
C S2
DS2
D1 n
7
不对称半桥的工作模态分析:t0~t1
U gs1
Td 1
t 0 ~ t1
Td2
U gs2
t
t
Up
UB
(1-D )*U
B
D *UB
t
U mn
U0
ip
t
I m + i L 0 * N 2 /N 1
iD 1
iD 1
i L0* N 3 /N 1 - Im
t
iD 2
iD 2
t 0 t1 t2 t 3 t4
t5 t 6 t7 t8 t9
t
滤CiDo1波=、iL电Do；1感、电N2流流iL通o经，电D感1的L电o、流电容 tC性下降0时S上降，1和刻升，iLC，o，N仍S2S1，C然和1关SC经L2开断Ss1二上开始，极电始放ip管压转充电D下移电、1流降流、电通，经电压。U电压线m容线n性下 稳态时，Ls和Rs上的电压很小。
UN1=0，ULs=0， Umn=0，ip正向最大值。U p
UB
D *UB
t
t
(1-D )*U
B
t
U mn
C S1
U0
S1 Ui
S2
DS1 C1
p
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
iL0
L0
C0
R0 U0
ip Im + i L 0 * N 2 /N 1
iD 1
iD 1
i L0* N 3 /N 1 - Im
U gs2
t 关管S1、电容C1、一次绕组
t N1、电感Ls、检测电阻Rs流
Up
UB
(1-D )*U
B
通.D1导通，D2截止。
D *UB
U mn U0
ip I m + i L 0 * N 2 /N 1
iD 1 iD 2
iD 1
i L0* N 3 /N 1 - Im iD 2
t 0 t1 t2 t 3 t4
本讲座将介绍最近研制的600W的不对称
半桥（AHB）直流变换器，采用ZVS软开关
技术减少器件的开关损a耗。
2
不对称半桥ABH的电路结构
S1 Ui
S2
RS
C S1
DS1 C1
p
Ls C S2 DS2
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
D1 n
a
iL0
L0
C0
R0 U0
3
不对称半桥电路的构成
等效 隔直电 变压器 T，原边匝数为N1， 电容 容 副边匝数分别为N2和N3。
t t
Ls
RS
C S2 DS2
D1 n
iD 2
iD 2
a
t 0 t1 t2 t 3 t4
10
t5 t 6 t7 t8 t9
t
不对称半桥的工作模态分析:t1~t2
t1时刻后，CS1继续充电，CS2继续 放电，变压器一次绕组N1和Ls开始承
U gs1
Td 1
t 0 ~ t1
Td2
U gs2
受反向电压，电流ip开始减小。
S1 Ui
S2
a RS
C S1
DS1 C1
p
Ls C S2 DS2
D
q ip T
2
N 3
m
N1
N2
D1 n
iL0
L0
C0
R0 U0 8
不对称半桥的工作模态分析:t0~t1
根据变压器伏秒平衡：
UC1：电容C1上电压
(Ui UC1)DUC1(1D) UC1DUi
S1 Ui
S2
RS
C S1
DS1 C1
p