软开关全桥变换器工作过程的详细分析1.docx

1、软开关全桥变换器工作过程的详细分析1軟開關全橋變換器工作過程的詳細分析ENG 王同新軟開關移相控制全橋變換器主電路原理圖如下其一個開關周期全過程實際上存在著十二個不同的工作過程除了正半周与負半周的兩個功率輸出過程和兩個鉗位續流過程（簡稱四個緩變階段）之外還有四個諧振過程超前臂器件從死區時間t1開始的諧振与換流過程滯后臂器件從死區時間t2開始的諧振与換流過程還有原邊電感儲能返回電网過程主變壓器原邊電流上沖或下沖過零點結束急變過程以及副邊整流管輸出電流的相應變化過程副邊輸出電壓占空比丟失等工作原理波形圖如下展寬的約一個周期的主要波形和相位關系圖如下1(t0t1):原邊電流ip正半周功率輸出過程在t

2、0之前S1和S4已導通并在t0t1都維持S1和S4同時導通而S2和S3截止在此期間UA=EcUB=0UAB=EcUAB加在原邊繞組兩端使原邊電流從I1線性緩升電网的能量不斷轉化為磁能儲存于電感線圈和送到負載表現為原邊電流和副邊電流的不斷增大在t1時刻原邊電流升高到最大值Ip:式中Lr是原邊漏感与外加諧振電感之和是副邊輸出濾波電感折算到原邊的電感量n為變壓器原副邊匝數比Lr2(t1t1)超前臂諧振過程(在死區時間t1內) 此時S1,S2,S3都截止只有S4導通原邊電流維持原方向繼續由左向右流動C1快速充電C3快速放電它們与等效電感()發生串聯諧振使UA快速降低ip在t1時刻有一個明顯跌落還引起高

3、頻震蕩雜波諧振結束時(在t2之前)實際上諧振電壓已使Uc3降到-0.7V此時D3導通把S3兩端的電壓拑位在零電平為t1結束后超前臂S3實現零電壓開通准備了必要條件急劇減少到零的原邊電壓UAB使副邊感應電壓也急劇減少至零而副邊電流仍維持原方向緩慢衰減整流二极管DR1導通電流開始減少3(t1t3)ip正半周拑位續流過程 此時S3零電壓導通UA=0UB=0UAB=0ip緩降至I2iDR1緩降至Ib4(t3t4)S4關斷后滯后臂諧振過程 t3時刻S4由導通變為截止原邊電流不會突然轉變方向因此會給C4充電同時C2中的電荷被抽走變壓器原邊電壓极性變為上正下負使副邊极性變為下負上正DR2導通副邊電流不會突然

4、消失DR1也還導通DR1和DR2的同時導通使副邊電壓拑位到1.4V對于副邊繞組近似被短路從副邊反射到原邊的電感量被切斷使原邊參与与C2,C4諧振的電感量只剩下Lr而此時UAB=-Ec全部施加在小電感Lr上故原邊電流ip以最大變化率從正峰值I2急速下沖降低t5時刻減少到零並繼續按此變化率負向下沖到-I1值5(t4t5)正半周電感儲能返回電网 此時C2,C4与Lr的串聯諧振結束D2導通續流把S2兩端電壓拑位到零電平為S2的零電壓導通創造了條件同時D2的導通續流使開始下沖的原邊電流又經D2返回到電源Ec補償了電网在全橋電路上的功耗滯后臂死區時間應在(t4t5)結束既S2應在此期間內導通6(t5t6)

5、原邊電流下沖過零點后開始負向增大 此時S1和S4截止S2和S3導通t5時刻原邊電流下沖過零點后D2和D3自然關斷形成新的供電通路EcS2LrS3Gnd為下一步即將開始的負半周功率輸出階段創造了條件這時iDR1急劇減小iDR2急劇增大仍將副邊繞組兩端拑位在低電平7(t6t7)原邊電流ip負半周功率輸出過程此時S2和S3導通S1和S4截止電网能量全部轉移到輸出濾波電感和負載上原副邊電流緩增至最大8負半周超前臂諧振過程 t7時刻S3由導通變為截止C3充電C1放電C1和C3与等效電感串聯諧振使Uc3電壓升至EcD1導通拑位使S1兩端電壓為零為S1的零電壓導通創造了條件9(t7t9)ip負半周拑位續流過

6、程在t8時刻S1實現零電壓導通t8后因全橋兩臂上管同時導通維持兩臂中點電壓均等于Ec,故EAB=0這時原邊電流和副邊電流都維持原方向緩慢衰減10(t9t10)ip負半周滯后臂諧振過程 在t9時S2由導通變為截止C2充電C4放電D4導通拑位UB=0副邊极性變為反向DR1開始導通DR2仍導通輸出較大電流等效電路如下 11(t10t11)原邊電感儲能迅速返回電网ip上沖過零此時由于DR1和DR2的同時導通使副邊近似短路從而切斷了反射電感原邊電感量劇減為LrEc全部加在Lr上使ip從負峰值急減反向上沖12(t11t12)原邊電流上沖過零點后仍急劇正向增大t11時結束能量回送電网上沖的原邊電流過零點此時

7、D4和D1自然關斷t11后S1和S4都導通原邊電流繼續上沖副邊電流急降至零為t12之后即將開始的正半周功率輸出過程准備了必要條件小結零電壓開關又稱軟開關包括軟開通和軟關斷普通PWM變換器是改變驅動信號脈沖寬度來調節輸出電壓它在功率管開關期間存在很大損耗故硬開關電源的尖刺干扰大可靠性差效率低而移相控制全橋軟開關電源是通過改變全橋兩臂對角線上下管驅動電壓移相角的大小來調節輸出電壓讓超前臂管柵壓領先于滯后臂管柵壓一個相位並在IC控制端對同一橋臂的兩個反相驅動電壓設置不同的死區時間巧妙利用變壓器漏感和功率管輸出端結電容和原副邊之間寄生電容來完成諧振過程實現零電壓開通就能錯開功率器件大電流与高電壓同時出現的硬開關狀態抑制感性關斷電壓尖峰和容性開通時管溫過高減少了開關損耗与干扰簡化示意圖如下