半桥和全桥变换器拓扑——第五章
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半桥逆变和全桥逆变的介绍一、典型的单相半桥电路图:•半桥逆变电路有两个桥臂,每个桥臂有 一个IGBT 模块和一个反并联二极管组成。
•在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容,两个电容的联结点是直流电源的中点。
•负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。
对于三相半桥逆变,则由3套同样的 电路组合而成,每套电路的控制时序 不同。
二、典型的全桥逆变电路图:全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成,共4个桥臂, 桥臂1和4为一对,桥臂2和3为 另一对,成对桥臂同时导通, 两对交替各导通180°三相逆变全桥电路示意图如下:+ -RLa)U di o u oV 1 V 2 VD 1VD 2U d 2U d2+-C R L U dV 1V 2V 3V 4VD 1VD 2VD 3VD 4u o i o半桥电路与全桥电路的区别如下:①半桥电路由一个臂就可以形成正/负半波,每个逆变模块和其他臂上的功率管不发生任何关系。
而全桥电路中是一个桥臂上的功率管和其它桥臂的功率模块同时导通,分时控制。
②半桥电路的输出本身就是具有中线的三相四线制结构,一般采用高频调制脉冲进行控制,不用加输出变压器。
而全桥电路必须有输出变压器。
③半桥电路需要正负两组电池,直流电压高,需要单独的充电器,否则充电能力不足,而全桥电路只需一组电池,整流器具备大功率的充电能力。
④半桥电路的每一组输出电压均需经过一个高频lc滤波器将脉宽调制波解调成正弦波,在解调过程中,每次谐波经电容器的低阻抗旁路到中线n,又由于三相输出电压在相位上互差120º,不能将高次谐波互相抵消,所以其中线n上具有不易消除的高次谐波。
全桥逆变器必然需要一个工频隔离变压器,其原边与电容构成低通滤波将脉宽调制波解调成正弦波,高次谐波不会传递到负载侧。
半桥逆变电路特点●优点:简单,使用开关器件少,电路实现简单;●缺点:输出交流电压幅值只有U d/2,直流侧需两电容器串联,工作时要注意两侧直流电压均衡,否则容易引起器件发生故障。
六种基本DC/DC变换器拓扑,依次为buck,boost,buck-boost,cuk,zeta,sepic变换器半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑。
半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决。
半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制。
正激变换器绕组复位正激变换器LCD复位正激变换器RCD复位正激变换器有源钳位正激变换器双管正激吸收双正激有源钳位双正激原边钳位双正激软开关双正激推挽变换器无损吸收推挽变换器推挽变换器:推挽变换器是双端变换器.其实是两个正激变换器通过变压器耦合而来,基本推挽变换器好处是驱动不需隔离,变压器双端磁化,只要两个开关管.但是,变压器绕组利用率低,开关管电压应力为输入两倍,所以一般只适合低压输入的场合.而且有个问题就是会出现偏磁,所以要采用电流型控制等方法来避免.如果将两个双管正激同样耦合,可以构成四开关管的推挽变换器,也就是所谓的双双管正激.其管子电压应力下降为输入电压.其他等同.推挽正激是最近出现的一种新拓扑,通过一个电容来解决变换器漏感尖峰,偏磁等问题.在VRM中有应用.半桥变换器也是双端变换器,以上是两种拓扑.半桥开关管电压应力为输入电压.而且由于另外一个桥臂上的电容,具有抗偏磁能力,但是对于上面一种拓扑,通常还会加隔直电容来提高抗偏磁能力.但是如果采用峰值电流控制,要注意一个问题,就是有可能会导致电容安秒不平衡的问题.要需要其他方法来解决.半桥变换器可以通过不对称控制来实现ZVS,也就是两个管子交替导通,一个占空比为D,另外一个就为1-D.就是所谓的不对称半桥,通常采用下面一种拓扑.对于不对称半桥可以采用峰值电流控制.全桥变换器全桥变换器在大功率场合是最常用了,特别是移项ZVS和ZVZCS 接下去,会收集一些三电平变换器贴出来,在以后就给出boost族的隔离变换器....反激变换器.....正反激变换器......APFC.....PPFC.... 单级PFC.....谐振变换器等.....三电平变换器(three level converter)选了看起来比较舒服的两个拓扑,这些三电平是半桥演化而来,同样可以演化出多电平变换器,合适高压输入场合.而且可以通过全桥的移相控制方式实现软开关.。
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第5章单相并网逆变器后级的DC- AC部分,采用单相全桥逆变电路,将前级 DC- DC输出的400V 直流电转换成220V/50Hz 正弦交流电,完成逆变向电网输送功率。
光伏并网逆变器实现并网运行必须满足要求:输出电压与电网电压同频同相同幅值,输出电流与电网电压同频同相(单位功率因数),而且其输出还应满足电网的电能质量要求,这些都依赖于逆变器的有效并网控制策略。
光伏并网逆变器拓扑结构按逆变器主电路的拓扑结构分类,主要有推挽逆变器、半桥逆变器和全桥逆变器。
5.1.1推挽式逆变电路推挽式逆变电路由两只共负极的功率开关元件和一个原边带有中心抽头的升压变压器组成。
它结构简单,两个功率管可共同驱动,两个开关元件的驱动电路具有公共地,这将简化驱动电路的设计。
U图5-1 推挽式逆变器电路拓扑推挽式电路的主要缺点是很难防止输出变压器的直流饱和,另外和单电压极性切换的全桥逆变电路相比,它对开关器件的耐压值也高出一倍。
因此适合应用于直流母线电压较低的场合。
此外,变压器的利用率较低,驱动感性负载困难。
推挽式逆变器拓扑结构如图5-1 所示。
5.1.2半桥式逆变电路}半桥式逆变电路使用的功率开关器件较少,电路结构较为简单,但主电路的交流输出电压幅值仅为输入电压的一半,所以在同等容量条件下,其功率开关的额定电流要大于全桥逆变电路中功率元件额定电流,数值为全桥电路的2 倍。
由于分压电容的作用,该电路具有较强的抗电压输出不平衡能力,同时由于半桥式逆变电路控制较为简单,且使用元件少、成本低,因此在小功率等级的逆变电源中常被采用。
其主要缺点是直流侧电压利用率低,在同样的开关频率下电网电流的谐波较大。
图5-2 半桥式逆变器电路拓扑5.1.3全桥式逆变电路全桥逆变电路可以认为是由2 个半桥逆变电路组成的,在单相电压型逆变电路中是应用最多的电路,主要用于大容量场合。
在相同的直流输入电压下,全桥逆变电路的最大输出电压是半桥式逆变电路的2 倍。
半桥逆变和全桥逆变的介绍一、典型的单相半桥电路图:•半桥逆变电路有两个桥臂,每个桥臂有一个IGBT模块和一个反并联二极管组成。
•在直流侧接有两个相互串联的足够大的•负载联结在直流电源中点和两个桥臂联结点之间。
对于三相半桥逆变,则由3套同样的电路组合而成,每套电路的控制时序不同。
二、典型的全桥逆变电路图:全桥逆变电路可看成由两个半桥电路组合而成,共4个桥臂,桥臂1和4为一对,桥臂2和3为另一对,成对桥臂同时导通,两对交替各导通180°三相逆变全桥电路示意图如下:a)VD1VD2+-VD3VD4半桥电路与全桥电路的区别如下:①半桥电路由一个臂就可以形成正/负半波,每个逆变模块和其他臂上的功率管不发生任何关系。
而全桥电路中是一个桥臂上的功率管和其它桥臂的功率模块同时导通,分时控制。
②半桥电路的输出本身就是具有中线的三相四线制结构,一般采用高频调制脉冲进行控制,不用加输出变压器。
而全桥电路必须有输出变压器。
③半桥电路需要正负两组电池,直流电压高,需要单独的充电器,否则充电能力不足,而全桥电路只需一组电池,整流器具备大功率的充电能力。
④半桥电路的每一组输出电压均需经过一个高频lc滤波器将脉宽调制波解调成正弦波,在解调过程中,每次谐波经电容器的低阻抗旁路到中线n,又由于三相输出电压在相位上互差120º,不能将高次谐波互相抵消,所以其中线n上具有不易消除的高次谐波。
全桥逆变器必然需要一个工频隔离变压器,其原边与电容构成低通滤波将脉宽调制波解调成正弦波,高次谐波不会传递到负载侧。
半桥逆变电路特点●优点:简单,使用开关器件少,电路实现简单;●缺点:输出交流电压幅值只有U d/2,直流侧需两电容器串联,工作时要注意两侧直流电压均衡,否则容易引起器件发生故障。
半桥逆变电路常用于几kW~十几kW以下的小功率UPS逆变电源全桥逆变电路特点●优点是电压不高,输出功率大●缺点是使用的开关器件多,驱动较复杂,适用于大功率的逆变器若逆变输出功率为数千瓦到数百千瓦,一般都采用IGBT等高频自关断器件.UPS输出隔离变压器的说明相对半桥逆变器而言,全桥逆变器的开关电流减小了一半,因而在中大功率场合得到了广泛应用。
半桥驱动和全桥驱动电路工作原理及作用如下:
•半桥驱动电路。
半桥驱动电路通常包含两个功率半导体开关管,一个电感和一个电容。
它只有半个桥臂,因此称为"半桥"。
其
中的两个开关管分别位于交流电源的正负半周,通过开关管的
开关控制来实现电源电压的变换。
半桥结构在电子镇流器、开
关电源、逆变器和电机驱动等领域中应用较多。
•全桥驱动电路。
全桥驱动电路通常包含四个功率半导体开关管,两个电感和一个电容。
全桥电路有完整的桥臂,因此称为"全桥
"。
其中的四个开关管能够实现对电源电压的完全控制,因此具
有更广泛的应用。
例如直流电机驱动、电力变换器、UPS不间
断电源等。
半桥,全桥,反激,正激、推挽拓扑结构的区别和特点1.单端正激式单端:通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器。
正激:脉冲变压器的原/付边相位关系,确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边同时对负载供电。
该电路的最大问题是:开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管关断时,脉冲变压器处于“空载”状态,其中储存的磁能将被积累到下一个周期,直至电感器饱和,使开关器件烧毁。
图中的D3与N3构成的磁通复位电路,提供了泄放多余磁能的渠道。
2.单端反激式反激式电路与正激式电路相反,脉冲变压器的原/付边相位关系,确保当开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边不对负载供电,即原/付边交错通断。
脉冲变压器磁能被积累的问题容易解决,但是,由于变压器存在漏感,将在原边形成电压尖峰,可能击穿开关器件,需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。
从电路原理图上看,反激式与正激式很相象,表面上只是变压器同名端的区别,但电路的工作方式不同,D3、N3的作用也不同。
3.推挽(变压器中心抽头)式这种电路结构的特点是:对称性结构,脉冲变压器原边是两个对称线圈,两只开关管接成对称关系,轮流通断,工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。
主要优点:高频变压器磁芯利用率高(与单端电路相比)、电源电压利用率高(与后面要叙述的半桥电路相比)、输出功率大、两管基极均为低电平,驱动电路简单。
主要缺点:变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高(至少是电源电压的两倍)。
4.全桥式这种电路结构的特点是:由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。
图中T1、T4为一对,由同一组信号驱动,同时导通/关端;T2、T3为另一对,由另一组信号驱动,同时导通/关端。
两对开关管轮流通/断,在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。
主要优点:与推挽结构相比,原边绕组减少了一半,开关管耐压降低一半。
主要缺点:使用的开关管数量多,且要求参数一致性好,驱动电路复杂,实现同步比较困难。
1. 单端正激式单端:通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器。
正激:脉冲变压器的原/付边相位关系,确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边同时对负载供电。
该电路的最大问题是:开关管T交替工作于通/断两种状态,当开关管关断时,脉冲变压器处于“空载”状态,其中储存的磁能将被积累到下一个周期,直至电感器饱和,使开关器件烧毁。
图中的D3与N3构成的磁通复位电路,提供了泄放多余磁能的渠道。
2. 单端反激式反激式电路与正激式电路相反,脉冲变压器的原/付边相位关系,确保当开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边不对负载供电,即原/付边交错通断。
脉冲变压器磁能被积累的问题容易解决,但是,由于变压器存在漏感,将在原边形成电压尖峰,可能击穿开关器件,需要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。
从电路原理图上看,反激式与正激式很相象,表面上只是变压器同名端的区别,但电路的工作方式不同,D3、N3的作用也不同。
3.推挽(变压器中心抽头)式这种电路结构的特点是:对称性结构,脉冲变压器原边是两个对称线圈,两只开关管接成对称关系,轮流通断,工作过程类似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。
主要优点:高频变压器磁芯利用率高(与单端电路相比)、电源电压利用率高(与后面要叙述的半桥电路相比)、输出功率大、两管基极均为低电平,驱动电路简单。
主要缺点:变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高(至少是电源电压的两倍)。
4. 全桥式这种电路结构的特点是:由四只相同的开关管接成电桥结构驱动脉冲变压器原边。
图中T1、T4为一对,由同一组信号驱动,同时导通/关端;T2、T3为另一对,由另一组信号驱动,同时导通/关端。
两对开关管轮流通/断,在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。
主要优点:与推挽结构相比,原边绕组减少了一半,开关管耐压降低一半。
主要缺点:使用的开关管数量多,且要求参数一致性好,驱动电路复杂,实现同步比较困难。