全桥变换器原理及设计

全桥变换器中的直流滤波电感设计公式

1 全桥变换器中的直流滤波电感设计公式

张兴柱 博士

（1）：电路图

Vg

Vo

RL

CRL

RC

pNsN

spNNN/=sNA

B

S1S2D1

D2S4S3

Cc

（2）：面积积公式

46

max

)(10

cm

KJfBPKK

AW

smoT

ca×××′

=λ

其中，TK′：为拓扑系数；)

21

(

minDK

T−=′，

max2min

2

go

VNV

D

×=

η，

sp

NN

N=

λλ

λ21+

=K；

max

)((max)

aveLL

II∆

=λ，为电感电流的最大纹波与电感电流的最大平均值之比。　

maxoP：为变换器的最大负载功率（W）；　

mB：为电感铁芯允许的磁密幅度（Gass）， smBB< ；　

J：为电感导线的电流密度（2/mmA）；　

sf：为变换器的开关频率（Hz）；　

K：为电感铁芯的窗口系数；

2η：为变换器满载高限下的效率。

Ｃ硎Ｉ专题报道ｌ　Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｒｅｐｏｒｔ　

开关功率变换器是现代电路理论的重要研　究对象。开关电源的高频变换电路形式很多，　常用的变换电路有升压、降压、推挽、全桥、　半桥、单端正激和单端反激等形式，以上这些　拓扑都是电压馈电拓扑，所谓电压馈电是指内　阻很小的电压源向拓扑供电，在开关管不正常　的情况下，该类输入电源是无法限制开关电流　的。另外一种就是电流馈电拓扑，在该拓扑　中，具有很高的瞬间阻抗的电感被加在输入电　源和拓扑之间。特别适合在大功率、高输出电　压及输出稳压要求严格场合，本文详细阐述了　其工作原理并设计具体电路。　电压馈电ＢＵＣＫ全桥变换器的　原理　全桥电路是离线式开关电源比较好的结构　形式，由于其铁芯和它的绕组完全利用，因此　它的效率、功率有了很大的提高。但在高压输　出情况下，存在晶体管开关损耗大，磁通不平　衡以及输出电感体积大等问题。　电压馈电Ｂｕｃｋ全桥变换器是在全桥电路变　换器前串接了Ｂｕｃｋ变换器（图１），而输出整流　器后直接输出滤波电容，这样直流输出电压就　是变压器次级电压峰值（忽略整流二极管导通　压降）。若同时忽略逆变器晶体管导通压降，　则直流输出电压Ｖｏ：Ｖ２（Ｎｓ／Ｎ　），其中Ｖ２是Ｂｕｃｋ调　整器的输出。这样全桥晶体管可以不用脉宽调　制，只对Ｂｕｃｋ电路中的晶体管进行脉宽调制就　基础电子ｌ　２００８．１０　可以实现稳定输出。　Ｌｔ　

图１　ｂｕｃｋ电压馈电全桥拓扑　该电路用一个输入电感取代多个输出电　感，这样及降低成本又节省了空间，也不会出　现由于电感电流不连续而造成电压剧烈变化的　情况。同时，电路消除了全桥电路晶体管导通　瞬时应力和减少了关断损耗。缺点是由于前级　加了Ｂｕｃｋ变换器，拓扑成本增加了，体积增大　了。另外，当出现共导通时，使ｂｕｃｋ电路输出　母线短路，滤波电容放电，从而烧毁一个甚至　所有晶体管。　ＢＵＣＫ电流馈电全桥拓扑基本　工作原理　它与ｂｕＣｋ电压馈电全桥电路类似，同样　

第21卷第2期2002年4月电工电能新技术AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyVol.21,No.2Apr.2002

收稿日期:2001󰀁08󰀁30基金项目:国家󰀁攀登B计划󰀂资助项目(C0231)作者简介:张克强(1976󰀁),男,江苏籍,硕士研究生,主攻高频软开关技术;瞿文龙(1946󰀁),男,上海籍,教授,主攻电力电子和电机控制领域的研究。DARCN全桥变换器的软开关分析与谐振参数设计

张克强,瞿文龙,谭瑞民

(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)

摘要:本文对一种二极管辅助谐振换流网络(DARCN)的全桥ZVS󰀁PWM软开关DC󰀁DC变换器的软

开关过程进行了详细分析,着重讨论了谐振参数与软开关实现、占空比丢失的关系,给出了谐振参

数的设计方法,进行了在不同谐振参数下的仿真研究,研制了实验样机并进行了实验研究,给出了这种变换器在软开关条件下的实验波形。

关键词:二极管辅助谐振换流网络;DC󰀁DC全桥变换器;零电压开关中图分类号:TM925󰀂31 文献标识码:A 文章编号:1003󰀁3076(2002)02󰀁0021󰀁05

1 引言

全桥零电压开关脉宽调制DC󰀁DC变换器(FB󰀁

ZVS󰀁PWMconverter)在高频大容量直流变换领域很

有竞争力。但是它实现后臂器件软开关要依靠储存

在变压器漏感中的能量,由于漏感中的能量有限,所

以后臂的软开关范围受到了限制。增大变压器漏感

虽然可以拓展软开关范围,但也将增大占空比丢失。

为了解决这个问题,文献[1󰀁4]提出了多种辅助

谐振换流的软开关方案。文[1]利用一个电感和二

个二极管组成辅助网络接在后桥臂后,可以获得一

个较宽的软开关范围,但是为后桥臂提供连续电流

的钳位二极管处于硬开关,需要缓冲吸收电路。文

[2]用辅助开关管组成谐振网络,辅助管中电流虽然

大大小于主开关管中电流,但是工作在硬开关状态

第２９卷第２期　ＶｏＩ．２９　ＮＯ．２　湖　北　工　业　大　学　学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２０１４年Ｏ４月　Ａｐｒ．２０１４　

［文章编号］１００３—４６８４（２０１４）０２—００６９—０４　

１Ｏ　ｋＷ移相控制ＺＶＳ—ＰＷＭ全桥变换器的设计　

潘　健，宋志勇，王淑青　

（湖北工业大学电气与电子５－程学院，湖北武汉４３００６８）　

［摘要］根据电力电子变换技术在电源领域的应用，设计了ｌＯｋＷ大功率的移相控制全桥变换器。该变换器主电　路采用全桥拓扑结构，控制电路采用ＰＷＭ移相控制芯片ＵＣＣ３８９５。详述了主电路变压器、滤波电感、滤波电容和　谐振电感的参数设计，介绍了ＰＷＭ移相控制电路和反馈控制电路的设计。通过对样机的测试结果分析，验证了　理论设计的合理性。　［关键词］移相控制；全桥变换器；零电压开关；谐振　［中图分类号］ＴＭ４６　［文献标识码］：Ａ　

移相控制ＺＶＳ　ＰＷＭ　ＤＣ／ＤＣ全桥变换器是采　用谐振变换技术和常规ＰＷＭ变换技术相结合，可　

以实现恒定频率的零电压开关变换过程，它既具有　常规ＰＷＭ全桥电路的拓扑结构简洁、控制方式简　单、开关频率恒定以及开关器件电压和电流应力小　

等优点，又解决了常规ＰＷＭ全桥电路电磁干扰强、　

开关损耗和开关噪声大的缺点，从而被广泛应用于　大功率高频开关电源领域＿＿】　。　

１　移相控制零电压开关全桥变换器的　

工作原理　

图１为移相控制ＺＶＳ—ＰＷＭ　ＤＣ／ＤＣ全桥变换　

器主电路。在一个开关周期中，有１２种不同的工作　过程：正半周与负半周功率输出过程，正半周与负半　

周钳位续流过程，超前臂和滞后臂的谐振与换流过　

程，原边电感储能返回电源过程，主变压器原边电流　上冲或下冲过零点过程，副边整流桥输出电流变化　过程，输出电压占空比丢失过程Ｌ２］。　

Ｌ　２　Ｄ　ｓ　

Ｃ　

Ｄ　

图１　移相控制ＺＶＳ全桥变换器主电路　图２所示为移相控制ＺＶＳ全桥变换器主要波　形。为了便于分析，图中四路开关管驱动信号Ｑ　、　Ｑ　、Ｑ。和Ｑ　是理想化的波形，忽略了电容对脉冲电