半桥拓扑

半桥拓扑基础及应用规范摘要本技术文档主要针对半桥逆变器工作原理进行分析。

通过半桥逆变器开关分析得出结论，半桥逆变器可以有条件的实现软开关，从而提高效率。

描述对称半桥的主电路如图1所示。

图1中包括两个互补控制的功率MOSFET，其中M1的占空比为D，M2的占空比为（1－D），DS1和DS2是开关的体二极管，隔直电容C2，作为开关M2开通时的电源。

包括漏感Lk，励磁电感Lm的中心抽头的变压器，原边匝数为Np，副边匝数分别为Ns1和Ns2。

本文档针对下图的半桥逆变器展开分析，首先分析了逆变器架构以及半桥逆变器的优缺点，接着针对高效率的半桥逆变器工作原理进行分析，最后对变压器的设计，高压电容容值得选取进行了仿真，分析，并给出结论。

Figure-1 半桥逆变器架构示意图1. 半桥逆变器设计分析因液晶屏本身没有发光功能，这就需要在液晶屏后加一个照明系统，该背光照明系统由发光部件、能使光线均匀照射在液晶表示面的导光板和驱动发光部件的电源构成。

现在发光部件的主流为被称作冷阴极管的萤光管。

其发光原理与室内照明用的热阴管类似，但不需象热阴管那样先预热灯丝，它在较低温状态就能点亮，因此叫冷阴极管。

但要驱动这种冷阴极管需要能输出1000~1500V交流电压的特殊电源。

这种特殊电源称之为逆变器。

小尺寸CCFL（22寸以下）逆变器方案中，由于半桥架构设计简单，成本低，应用非常广泛，通常使用一个P+N的场效应管即可实现，其工作模式比较简单，下图为小尺寸方案中，半桥架构的波形和电路示意图。

从成本和效率的角度考量，大尺寸LCD-TV逆变器的输入逐渐改为由PFC（380V-400V)的输出直接输入，这就是我们所说的LIPS(LCD-TV Integrated Power Supply,液晶集成电源）方案。

Figure-4 LIPS电源和逆变器架构大尺寸LIPS方案逆变器采用半桥或者全桥架构，半桥架构一般采用定频，MOSFET处在硬开关状态，这样会导致MOSFET上面很大的开关损耗，此外这种硬开关导致的EMI必须通过相应的手段去处理才能符合EMC 的规范要求。

llC半桥工作原理
LLC半桥（Half-Bridge）是一种常用于交流/直流转换或高频
电源应用的拓扑结构。

其工作原理如下：
1. 拓扑结构：LLC半桥由两个功率开关管（MOSFET或IGBT）和一个电感（L）组成，中间连接负载。

其中，两个功率开关
管被称为上开关和下开关。

2. 工作周期：LLC半桥通常根据电流、电压或其他信号进行
控制，以确定每个工作周期的开始和结束。

一个工作周期通常分为四个阶段：上半桥开、下半桥开、上半桥关和下半桥关。

3. 上半桥开：在上半桥开阶段，上开关导通，下开关关断。

此时，电流从电源流向负载，负载获得能量。

4. 下半桥开：在下半桥开阶段，上开关关断，下开关导通。

此时，电流从负载流向电源，之前蓄积在电感中的能量被释放。

5. 上半桥关：在上半桥关阶段，上开关关断，下开关仍然导通。

此时，电感中的能量被负载消耗。

6. 下半桥关：在下半桥关阶段，上开关关断，下开关导通。

此时，电感中的能量继续被负载消耗。

通过周期性地改变上开关和下开关的导通状态，LLC半桥可
以实现交流/直流转换或高频电源应用。

其具有高效、高可靠
性和低噪音等优点，因此在许多领域得到广泛应用。

三相半桥拓扑是一种电力电子装置的拓扑结构，主要用于三相交流电源的变换和控制。

它由三个半桥电路组成，每个半桥电路连接到一个电源和一个储能元件，从而形成一个完整的桥路。

每个桥路输出电压可以通过调节输入电源的相位差和开关频率来实现。

在三相半桥拓扑中，每个半桥电路由两个开关组成，通常使用电力电子器件如IGBT或晶闸管来实现。

这些开关交替导通和关断，以控制电流的流向和大小。

通过控制开关的导通和关断时间，可以调整输出电压和电流的波形和频率。

这种拓扑结构具有一些优点，例如结构简单、成本低、易于实现并联冗余等。

此外，通过控制开关的频率和相位差，可以实现更高的转换效率和控制精度。

然而，三相半桥拓扑也存在一些缺点和限制。

首先，它对电力电子器件的耐压性能和热稳定性要求较高，因此在设计和选择器件时需要考虑到这些因素。

其次，半桥电路中的谐波含量较高，可能会导致输出滤波器和系统稳定性问题。

最后，三相半桥拓扑的电流和功率容量受到限制，因此在需要大容量和高效率的应用场景中可能不太适用。

总之，三相半桥拓扑是一种常见的电力电子装置拓扑结构，具有优缺点和限制。

在实际应用中，需要根据具体应用场景和需求选择合适的拓扑结构，并采取相应的保护措施和控制系统来确保系统的安全、可靠和高效运行。

psfb原理PSFB（Phase Shifted Full Bridge）是一种常见的电力转换器拓扑结构，它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，因此在电力电子领域得到广泛应用。

PSFB原理的核心是通过对半桥拓扑进行相位控制，实现高效率的电能转换。

半桥拓扑由两个开关管组成，分别控制高侧和低侧的功率开关。

在工作过程中，高侧开关管与低侧开关管的开关动作相互配合，通过周期性的开关操作将直流电压转换为交流电压输出。

而相位控制则通过控制高侧和低侧开关管的开关时间，使得两个开关管的开关动作之间存在一定的相位差，从而实现对输出电压的调节。

PSFB原理的主要特点之一是零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）操作。

在高侧开关管和低侧开关管切换状态时，通过合理的相位控制，可以使得开关管在关断状态下的电压和电流接近零，从而减小了开关损耗，提高了转换效率。

此外，PSFB原理还可以通过调节谐振电容和谐振电感的数值，实现谐振过程中的无功功率的流动，从而进一步提高了转换效率。

除了高效率之外，PSFB原理还具有较高的功率密度。

由于半桥拓扑结构的特性，可以采用高频变压器来实现电能转换，从而减小了变压器的体积和重量。

此外，PSFB原理还可以利用谐振过程的能量交换，减小了电容和电感元件的尺寸和重量，进一步提高了功率密度。

在实际应用中，PSFB原理还具有较高的可靠性。

通过合理的设计和选择高质量的元件，可以降低系统的故障率，提高系统的可靠性。

此外，相位控制的方式也使得系统对于输入电压和负载变化具有较好的适应性，保证了系统的稳定性和可靠性。

总结起来，PSFB原理通过对半桥拓扑进行相位控制，实现了高效率、高功率密度和高可靠性的电能转换。

它在电力电子领域具有广泛的应用前景，可以应用于直流-交流转换器、电力逆变器、电动汽车充电器等领域。

随着电力电子技术的不断发展和创新，相信PSFB原理将在未来得到更广泛的应用，并为电力转换领域带来更多的创新和突破。

半桥电路的工作原理及应用半桥电路是一种常见的、广泛应用的电路拓扑结构，它由两个互补的功率开关器件和相关的电路元件组成。

首先，让我们了解一下半桥电路的基本结构。

半桥电路由两个功率开关器件组成，通常是MOSFET或IGBT。

这两个器件分别被驱动在交替的时间间隔内开关和关闭，以产生脉冲信号。

两个开关器件分别驱动电路的上半部分和下半部分，其中上半桥电路是由一个开关和一个辅助电路组成，下半桥电路是由另一个开关和辅助电路组成。

这两个开关器件是通过控制信号来驱动的，通常由一个电平转换器产生。

该电平转换器将低电平信号转换为适合驱动开关器件的高电平信号。

接下来，让我们了解一下半桥电路的工作原理。

在半桥电路中，当一个开关器件处于导通状态时，与之对应的另一个开关器件将处于断开状态。

当上半桥电路中的开关器件导通时，电流可以从电源经过上半桥电路、负载，然后回到电源。

当下半桥电路中的开关器件导通时，电流则可以从电源经过下半桥电路、负载，然后回到电源。

通过交替地使上半桥电路和下半桥电路的开关器件导通和断开，可以产生脉冲信号。

1.电机驱动：半桥电路可以用来驱动直流电机、步进电机和无刷直流电机等。

通过控制开关器件的导通和断开时间，可以实现对电机的精确控制。

2.逆变器：半桥电路可以用来构建逆变器，将直流电源转换为交流电源。

逆变器广泛应用于可再生能源发电系统、太阳能和风能转换系统以及UPS等领域。

3.高压转换器：半桥电路可以应用于高压转换器中，用于将电压从一个电平转换到另一个电平。

这在电力传输和变换领域非常有用。

4.谐振式电源：半桥电路可以应用于谐振式电源中，用于提高能源的效率和稳定性。

谐振式电源广泛应用于LED驱动器、电子管放大器等领域。

总结起来，半桥电路是一种常见的、广泛应用的电路拓扑结构。

它通过交替地使两个开关器件导通和断开来产生脉冲信号。

半桥电路的应用包括电机驱动、逆变器、高压转换器和谐振式电源等领域。

它的工作原理和应用的广泛性使得它成为现代电力电子领域中不可或缺的组成部分。

半桥拓扑结构高端MOSFET驱动方案选择变压器还是硅芯片在半桥拓扑结构中，驱动MOSFET的方案选择关系到功率转换效率、可靠性和成本等因素。

常见的两种方案包括使用变压器或硅芯片。

首先，变压器驱动方案是传统的方法之一、它通过变压器的耦合传递信号，驱动MOSFET的开关动作。

变压器驱动方案具有以下优点：1.高隔离性和电压传输能力：变压器可以提供良好的隔离性，将输入与输出电路隔离开，从而提高系统的安全性和可靠性。

此外，变压器还可以提供较高的电压传输能力，适用于高压或大功率应用。

2.适应性强：由于变压器可以降低或升高电压，所以可以适应不同的输入和输出电压要求。

这使得变压器驱动方案更加灵活，并且适用于不同的应用场景。

3.动态响应快：变压器驱动方案具有较高的动态响应能力，能够快速地响应输入信号的变化，提供快速而精确的开关动作。

然而，变压器驱动方案也存在一些缺点：1.复杂和体积较大：由于变压器本身需要占用相当大的空间，所以在一些空间受限的应用中，使用变压器驱动方案可能会存在困难。

2.成本较高：变压器的制造和安装相对复杂，需要专门的工艺和技术支持。

这通常会使变压器驱动方案的成本较高。

相比之下，硅芯片驱动方案是一种新的技术发展。

它通过硅芯片中的电路电子元件驱动MOSFET的开关动作。

硅芯片驱动方案具有以下优点：1.简单和体积小：由于硅芯片集成了多个电子元件和电路，所以硅芯片驱动方案相对简单，体积小，适用于空间受限的应用。

2.成本较低：与传统变压器驱动方案相比，硅芯片驱动方案的制造和安装成本较低，从而可以降低整体系统的成本。

3.高效和可靠：硅芯片驱动方案通常具有较高的转换效率和稳定性，能够提供稳定而可靠的开关动作。

然而，硅芯片驱动方案也存在一些挑战和限制：1.电压传输能力弱：硅芯片驱动方案通常不能提供较高的电压传输能力，适用于低电压和小功率应用。

2.隔离性较差：硅芯片驱动方案往往无法提供与变压器相同的隔离性能，从而可能影响系统的安全性和稳定性。

半桥拓扑结构高端MOSFET驱动方案选择在节能环保意识的鞭策及世界各地最新能效规范的推动下，提高能效已经成为业界共识。

与反激、正激、双开关反激、双开关正激和全桥等硬开关技术相比，双电感加单电容(LLC)、有源钳位反激、有源钳位正激、非对称半桥(AHB)及移相全桥等软开关技术能提供更高的能效。

因此，在注重高能效的应用中，软开关技术越来越受设计人员青睐。

 另一方面，半桥配置最适合提供高能效/高功率密度的中低功率应用。

半桥配置涉及两种基本类型的MOSFET驱动器，即高端(High-Side)驱动器和低端(Low-Side)驱动器。

高端表示MOSFET的源极能够在地与高压输入端之间浮动，而低端表示MOSFET的源极始终接地，参见图1。

当高端开关从关闭转向导通时，MOSFET源极电压从地电平上升至高压输入端电平，这表示施加在MOSFET门极的电压也必须随之浮动上升。

这要求某种形式的隔离或浮动门驱动电路。

与之不同，低端MOSFET的源极始终接地，故门驱动电压也能够接地参考，这使驱动低端MOSFET的门极更加简单。

 图1：LLC半桥拓扑结构电路图。

 所有软开关拓扑结构都应用带浮接参考引脚(如MOSFET源极引脚)的功率开关。

在如图1所示的LLC半桥拓扑结构中，高端MOSFET开关连接至高压输入端，不能够采用主电源控制器来驱动，而需要另行选定驱动电路。

这驱动电路是控制电路与功率开关之间的接口，将控制信号放大至驱动功率开关管所要求的电平，并在功率开关管与逻辑电平控制电路之间有要求时提供电气隔离。

高端MOSFET驱动方案常见的有两种，一是基于变压器的方案，二是基于硅集成电路(IC)驱动器的方案。

本文将分别讨论这两种半桥拓扑结。

半桥开关电源波形分析
半桥开关电源是一种常用的电源拓扑结构，它能够将输入电压通过开关管的控制，输出稳定的直流电压。

下面是对半桥开关电源波形的分析。

在半桥开关电源中，输入电压经过整流和滤波电路后，进入半桥拓扑结构。

半桥拓扑由两个开关管组成，一个为高侧开关管，另一个为低侧开关管。

这两个开关管交替导通和截止，通过控制它们的导通时间，可以实现输出电压的调节。

在正半周期，高侧开关管导通，低侧开关管截止。

此时，输入电压通过高侧开关管和变压器传递到输出负载。

输出电压随着导通时间的增加而增加，直到达到设定的电压值。

在此过程中，半桥开关电源输出电流呈现脉冲状，其波形较为平稳。

在负半周期，高侧开关管截止，低侧开关管导通。

此时，输入电压通过变压器和低侧开关管传递到输出负载。

输出电压同样呈现脉冲状，但与正半周期相比，其波形略有不同。

在半桥开关电源的工作过程中，由于开关管的切换，会产生一定的开关干扰。

为了减少这种干扰，常常会采用合适的滤波电路进行滤波处理，以使输出波形更加平稳。

以上是半桥开关电源波形的简要分析。

半桥开关电源作为一种常用的电源拓扑结构，在许多应用中具有重要的作用，如电子设备、工业控制等领域。

通过合理的设计和控制，可以实现高效、稳定的电源输出。