硬开关全桥电路计算.docx

3电路原理

3.1.1硬开关全桥变换电路工作原理

图1为硬开关全桥变换电路原理图，下面对此电路进工作过程行详细的分解;

其中，Q1，Q2，Q3，Q4为IGBT 或MoS ,其并联的二极管和电容为其反并 二极管和输出结电容。LS-P ，LS-S 分别为变压器原副边的漏感和引线电感。

IP 为变压器原边电流，I L 为流过输出电感电流，I C 为流过输出电容的电 流，I O 为输出电流。图2为硬开关全桥变换电路的波形

COUt ・

v⅛

RlUad

图1硬开关全桥变换电路原理图

I L

漏感应力尖雌

vυt

.....

Vi

漏感应力尖峰

漏感应力尖峰

V1√κC

图2硬开关全桥变换电路的波形

工作过程1 :

漏感应力尖雌

to tlt2 t3t4 t5t6 L

在tθ-t1时间段内，Q1 , Q4同时导通，导通时间为 D*Ts ,原边和副 边电流的走向如红色曲线指示方向。

变压器原边绕组电压V AB 为输入电压V in ;原边关断开关管Q2，Q3的 反向电压V CE 也为输入电压V in 。

副边整流二极管D5，D8导通，而D6，D7因为承受V^K 的反向电压 而截止。K 为变压器原副边的匝比。K=N p ： N S

i ,-⅛⅛阳力尖IH

v 1√κ

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V i n I L = 1 ----------------------------------------- :

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I S

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力尖峰I

j E ■ ■

输出电感L out承受正向的电压V in/K-V O ,电感电流I L线性上升。流过输出电容C out的电流I C为I L的交流分量。

此时原边电流I P形状基本和I L相同（由于变压器励磁电感较大，励磁电流很小，所以忽略其影响），只是需要考虑变压器的变比K ,一般计算时建议把I L的峰值除以K 折算到原边进行计算。

工作过程2 :

I 漏感应力尖雌

t1时刻，Q1 , Q4关断，由于副边输出电感电流不能突变，所以副边负载 电流对应的原边电流给 Q1，Q4的输出结电容充电（如原边红色箭头路径）， 使其尽快上升到V in /2 ,此时变压器原边绕组电压为0,然后由于原边变压器的 漏感和引线电感LS-P 的电流也不能突变，所以通过 LS-P 继续给Q1，Q4的 结电容充电，使其达到V in ,此时由于Q2，Q3反并二极管的钳位导通（如原 边黄色箭头路径），Q1，Q4的反向电压（V CE ）被钳位到输入电压 V in ,此 时变压器原边绕组电压为-V in ；然后LS-P 和4个开关管的输出结电容谐振， 最终开关管的输出结电容电压在t2时刻稳定在V in /2 。

变压器副边在t1时刻还是由D5, D8导通，但是当变压器原边绕组电压 由V in

下降

v 1√κ

漏感应力尖峰

漏感应力尖峰

DL

Ie

IP

to

t5½

2 2

≡ -I. ;- I i ■ U

--

到OV后，再到-V in变化过程中，D6 , D7也开始导通续流，此时变压器绕组相当于短路，变压器励磁电流在副边循环，而且基本保持不变。

t1-t2时刻，由于LS-P的影响，原边电流I P也会有震荡尖峰，但在波形图中没有表示出来。

由以上分析可知，原边变压器的漏感和引线电感LS-P对开关过程有较大

影响，除了增加开关管的电压，电流应力尖峰，而且产生的高频震荡是EMC

的重要干扰源，所以设计时需要注意减小其感量。有如下措施可以考虑：A、

增加变压器的原副边耦合，减小变压器漏感；B、缩短变压器的引线，减小引

线电感。C、减小主开关管和变压器引线组成的高频电压，电流环路面积，降低辐射干扰能量。

工作过程3 :

t2-t3时间段，持续时间为（1-2D ）*Ts∕2 :原边开关管都关断，其输出结 电容电压维持V in /2不变，变压器绕组电压为OV ,相当于短路。此时原边基本 无电流流动。

副边D5，D6，D7，D8二极管都续流导通，变压器励磁电流也在副边循环， 而且基本保持不变。输出电感 L out 承受-V o 电压，电感电流I L 持续下降；电流 I C 为I L 的交流分量。此时输出电流皆为输出

L out 和输出电容C out 提供。

漏感应力尖雌

i∙.

DL

Ie

to t5½

漏感应力尖峰

V 1JK

IP

IMK

工作过程4:

LOUt

t3时刻，原边开关管Q2 , Q3导通，Q1 , Q4的输出结电容电压从 V in /2上升为V in ,变压器原边绕组电压V AB 为-V in ,原边电流方向如红色箭头 所示，和上一开关状态的电流方向相反。

t3时刻，由于变压器原边绕组电压 V AB 为-V in ,所以变压副边绕组电压 为-V in /K ,而且在t2-t3时间段内输出整流二极管 D5 , D6 , D7 , D8都续 流导通，所以此时在变压器副边绕组电压-V in /K 的作用下，负载电流快速从

V 驚In

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漏感应力尖雌

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漏感应力尖峰

漏感应力尖峰

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