当前位置：文档之家 › 两种移相控制全桥式高频环节AC_AC变换器比较研究

两种移相控制全桥式高频环节AC_AC变换器比较研究

  • 格式：pdf
  • 大小：234.80 KB
  • 文档页数：5

2004年6月 电 工 技 术 学 报 Vol.19 No.6 第19卷第6期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Jun. 2004

两种移相控制全桥式高频环节AC/AC 变换器比较研究

李 磊 陈道炼 胡育文 （南京航空航天大学电气工程系 南京 210016）

摘要 新颖的全桥式高频环节AC/AC变换器，由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，包括全桥全波式和全桥桥式拓扑。对双极性、单极性移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则和原理试验等进行了深入的比较研究，获得了重要研究结论。相对于双极性移相控制AC/AC变换器，单极性移相控制AC/AC变换器获得了更优的综合性能。移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器，为实现新型的、中大容量的正弦交流稳压器、电子变压器和交流调压器奠定了关键技术基础。 关键词：全桥式 高频环节 AC/AC变换器 双极性移相控制 单极性移相控制 周波变换器 中图分类号：TM464；TN86

Comparisons Between Two Kinds of Phase-Shifted Controlled Full-Bridge Mode AC/AC Converters with High Frequency Link Li Lei Chen Daolian Hu Yuwen (Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing 210016 China )

Abstract The novel full-bridge mode AC/AC converters with high frequency link are constituted of input cycloconverter, high frequency transformer, output cycloconverter, input and output filters. The converters have the full bridge-full wave mode and the full bridge-full bridge mode circuit topologies. The control strategy, principle characteristics, design criteria of the key circuit parameters and principle test of two-kinds of phase-shifted controlled converters are deeply and comparatively investigated, and important conclusions are obtained. Compared with the bi-polarity phase-shifted controlled AC/AC converters, the uni-polarity phase-shifted controlled AC/AC converters have better comprehensive performance. The converters lay key technical foundation on new-type regulated sinusoidal AC power supplies, electronic transformers and AC regulators with medium or large capacity. Keywords：Full-bridge mode, high frequency link, AC/AC converter, bi-polarity phase-shifted control, uni-polarity phase-shifted control, cycloconverter

1 引言 人们对高频环节DC/DC变换器、AC/DC变换器、DC/AC逆变器[1]的研究,已取得了显著的成果。然而，对AC/AC变换器的研究仅限于无电气隔离

的AC/AC变换器（晶闸管相控变频器[2]、矩阵变换器[3]）、低频环节AC/AC变换器[4]和高频环节AC/DC/AC变换器[1]。

全桥式电路拓扑在中大功率变换场合具有重要的应用价值，因此，在提出高频交流环节AC/AC变换器新概念的基础上[5]，本文重点对新颖的双极性、单极性移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器的控制策略、原理特性、关键电路参数设计准则和

国家自然科学基金资助项目（59977010），江苏省自然科学基金资助项目（BK99121），航空基础科学基金资助项目（02F52027）。

收稿日期 2003－11－06 改稿日期 2004－03－16 8 电 工 技 术 学 报 2004年6月 原理试验等进行了深入的比较研究，获得了重要研究结论。 2 电路结构与拓扑 新颖的全桥式高频环节AC/AC变换器电路结构与拓扑，如图1所示。该电路结构由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将一种不稳定的劣质交流电变换成另一种稳定、优质的同频交流电，具有高频电气隔离、拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC/ LFAC)、双向功率流、变换效率高、功率密度高、输出波形质量高、音频噪声低和适用于中大功率变换场合等优点。其电路拓扑，包括全桥全波式和全桥桥式两种。

图1 全桥式高频环节AC/AC变换器电路结构与拓扑 Fig.1 Circuit configuration and topologies of the full-bridge mode AC/AC converters with high frequency link

3 控制策略 全桥式高频环节AC/AC变换器，可采用双极性和单极性移相控制策略。双极性移相控制，是指输出周波变换器相对输入周波变换器的移相θ ，并且输出滤波器的前端电压为双极性SPWM波；单极性移相控制，是指输入周波变换器右桥臂相对左桥臂的移相θ，并且输出滤波器的前端电压为单极性SPWM波。通过调节移相角θ (0≤θ≤180°)，可实现输入电网电压、负载变化时输出电压的稳定与调节。 双极性移相控制原理波形，如图2a所示。借助输出周波变换器的换流重叠、输入电网电压和输出滤波电感电流的极性选择，双极性移相控制策略具

有如下特点：①实现了变压器二次漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流，避免了输出周波变换器换流重叠期间的环流现象。②为变压器一次漏感能量和每个开关周期内两次交流负载侧的能量回馈提供了通路。③输出滤波器的前端电压为双极性SPWM波。④电流极性选择信号易受电磁干扰，工 程实现较难。 单极性移相控制原理波形，如图2b所示。与双极性移相控制相比较，借助输出周波变换器的换流重叠、输入电网电压的极性选择、输出周波变换器在前级输出电压为零期间进行开关转换，单极性移相控制策略具有如下优点：①实现了输出周波变换器的ZVS开关。②输出滤波器的前端电压为单极性SPWM波，频谱特性更优，滤波器体积与重量更小。 第19卷第6期 李 磊等 两种移相控制全桥式高频环节AC/AC变换器比较研究 9 图2 双极性、单极性移相控制原理波形 Fig.2 Principle waveforms of the bi-polarity and the uni-polarity phase-shifted control strategies ③不需要引入电流极性选择信号，工程实现较易。

4 原理特性 以全桥全波式拓扑为例，对两种移相控制变换器的原理特性进行比较研究。双极性移相控制变换器，CCM时状态变量的稳态值为[5]

ILf=12i)12(NNDU−・rR+L1 （1a）

Uo=12i)12(NNDU−・L/11Rr+ （1b） 式中 D —— 输出滤波器前端电压uAB在一个开关周期Ts内的占空比，0≤D≤1 r —— 变换器等效内阻 理想情形(r = 0)CCM、临界CCM、DCM时变换器的稳态外特性分别为

12io)12(NDNUU−= （2） IG=4IGmaxD(1－D) （3）

ioU

U

=maxo2maxo2/4/4GGIIDIID+−・12NN （4）

式中 IGmax=)8(f1s2iLNTNU

变换器的标幺外特性曲线=)(12ioNNUU

)(maxGoIIf，如图3a所示。 同样采用状态空间平均法可求得，单极性移相控制AC/AC变换器CCM时状态变量的稳态值为

ILf=12iNNDU・rR+L1 （5a）

Uo=12iNNDU・L/11Rr+ （5b） 理想情形(r=0)CCM、临界CCM、DCM时变换器的稳态外特性分别为 Uo=DUiN2/N1 （6） IG=4IGmaxD(1－D) （7）

ioU

U

=maxGo22/44IIDD+・12NN （8）

式中 IGmax=)16(f1s2iLNTNU

变换器的标幺外特性曲线，如图3b所示。

　图3 移相控制高频环节AC/AC变换器的标幺外特性 Fig.3 Normalized output characteristics of the phase-shifted controlled AC/AC converters with high frequency link

合集下载

基于移相全桥拓扑大功率电源的研制

基于移相全桥拓扑大功率电源的研制

2016年6月POWER SUPPLY TECHNOLOGIES AND APPLICATIONS June.2016基于移相全桥拓扑大功率电源的研制胡凯(海军装备部驻西安地区军事代表局，陕西西安710075)摘要：采用移相控制零电压开关PW M全桥变换器拓扑，研制成20〜40 V/40A的军用大功率电 源模块。

文中给出了电源模块主电路参数的设计方法，并介绍了全桥移相变换器的工作原理和软开 关技术的实现、功率变压器的设计、控制电路的设计、辅助源设计等。

关键词：大功率电源；移相全桥；软开关；UC2879Design of High Power Switch Power Supply based onFull-bridge Phase-shiftHu Kai中图分类号:TM46文献标识码:A文章编号0219-2713(2016)06-046-0061引言目前，航天、航空电子系统等军用产品朝着小 体积、大功率、高密度的方向发展，系统结构趋于复 杂，对军用电源的性能也提出了更高、更新的要求院 输出功率更大、体积更小、效率更高、电磁干扰更 小，要求电源系统具有更高的可靠性和维修性。

国内大功率军品电源系统设计一般采用两种 方法：一种是根据电源技术要求进行定制式设计，该类产品研制周期长、产品通用性差、工艺稳定性 差，且不利于批产；另一种是利用国外先进成熟电 源模块设计，通过模块输出串、并级联搭建符合要 求的大功率电源系统，该类产品没有形成自主知识 产权，存在较大技术束缚和垄断，元器件国产率低，收稿日期=2016-05-19存在不可规避的采购风险。

因此，高功率密度、高效 率、高可靠的国产化大功率电源模块，是满足当前 大功率军品电源市场快速发展的必然需求。

本文研制的1 800 W大功率AC/DC电源模块，体积小、功率大、可靠性高、环境适应性强，既可作 为单独电源产品使用，也可通过输出串、并级联组 成较大功率电源系统。

1KW移相全桥变换器设计

1KW移相全桥变换器设计

课程设计课程名称电力电子技术课程设计题目名称1kW移相全桥直流变换器设计专业班级11级电气工程及其自动化学生姓名学号指导教师二○一四年四月十三日目录一，设计内容和要求 (3)1.1 主电路参数 (3)1.2 设计内容 (3)1.3 仿真波形 (3)二，设计方案 (3)2.1 主电路工作原理 (3)2.2 芯片说明 (4)2.2.1采用的芯片说明 (4)2.2.2 UCC3895引脚说明 (5)2.2.3 UCC3895工作原理 (6)图2-4 基于ucc3895芯片的控制电路图 (8)2.3控制电路设计 (8)三，设计论述 (8)3.1电路参数设计： (8)3.1.1 主电路参数： (8)3.1.2 变压器的设计 (9)3.1.3 输出滤波电感的设计 (10)3.1.4 功率器件的选择 (11)3.1.5 谐振电感的设计 (12)3.1.6 输出滤波电容和输入电容和选择 (13)四，仿真设计 (14)五，结论 (15)六，参考文献 (16)一，设计内容和要求Vin=300VDC，Vo=48VDC，Po=1kW，fs=100kHz，输出电压纹波为0.1V1.2 设计内容主电路：选择开关管、整流二极管型号，计算滤波电感感值、滤波电容容值，谐振电感感值、占空比、变压器匝比等电路参数。

控制电路：UCC3895芯片周边元器件参数1.3 仿真波形给出仿真电路，得到仿真波形二，设计方案2.1 主电路工作原理控制主要有两种：双极性控制和移相控制，本设计主要使用移相控制。

由图2-2可见，电路结构与普通双极性PWM变换器类似。

Q1、D1和Q4、D4组成超前桥臂、Q2、D2和Q3、D3组成滞后桥臂；C1～C4分别是Q1～Q4的谐振电容，包括寄生电容和外接电容；Lr是谐振电感，包括变压器的漏感；T副方和DR1、DR2组成全波整流电路，Lf、Cf组成输出滤波器，R1是负载。

Q1和Q3分别超前Q4和Q2一定相位(即移相角)，通过调节移相角的大小来调节输出电压。

基于UCC3895 的移相全桥软开关升压变换器设计

基于UCC3895 的移相全桥软开关升压变换器设计

您现在的位置：首页> 模块电源> 正文基于UCC3895 的移相全桥软开关升压变换器设计2007-4-29| 浏览次数88 次来源：李晓玲邓焰何湘宁摘要：研究了一种新型的高频DC/DC开关功率变换器，采用单电压环移相PWM 控制，在比较低的变压器匝比条件与较大的负载范围内实现了开关器件的零电压软开关（ZVS）。

最后给出了实验结果和几个主要波形，并做出了详细的说明。

关键词：DC/DC 变换器；移相PWM 控制；零电压软开关（ZVS）；UCC3895；升压变换器；引言目前，全桥变换电路是国内外DC/DC 变换器中最常用的电路拓扑形式之一，在大、中功率应用场合更是首选拓扑。

其中以移相PWM方式进行控制的全桥电路，在近几年得到了极为广泛的应用。

但是传统的PWM DC/DC 移相全桥零电压软开关（ZVS）变换器一般都是应用在升压比为1左右的情况下，本文要介绍的变换器则是在升压比为22的比较极端的状态下基于UCC3895 芯片来实现软开关。

1 改进型移相全桥ZVS DC/DC 变换器主电路设计1.1 指标要求其主要技术指标要求如下：（1）输入电压DC 48V（DC 40V～57V）；（2）输出电压DC±370V；（3）输出功率2000V·A。

1.2 主电路拓扑与基本工作原理移相全桥ZVS DC/DC 变换器主电路结构如图1所示。

图1 移相全桥ZVS主电路其基本工作原理为，在PWM控制方式下，直流电压VBAT施加在由S1~S4共4 只开关管构成的两个桥臂上。

当两只成对角的开关管S1、S4或S2、S3同时导通时，功率从源侧通过变压器T向负载传送；当所有开关管均关断时，负载电流将通过整流二极管续流，同时滤波电容Cf为负载继续提供能量。

通过相移方式控制4只开关管的通断顺序，在变压器的原边将得到按某一占空比D变化的正负半周对称的交流方波电压。

如果变压器的变比为n，则变压器次边将产生幅值为Vin/n 的交流方波电压，经过二极管组成的整流电路和电感Lf、电容Cf 组成的低通滤波电路最终就可得到所要求的平滑直流输出电压。

基于UCC3895的移相全桥变换器的设计.

基于UCC3895的移相全桥变换器的设计.

基于UCC3895的移相全桥变换器的设计摘要：针对新型的移相PWM控制器UCC3895，介绍了其基本的功能及与UC3875(79)系列的控制器相比所具有的特点。

并将该控制器应用于20kHz／500W移相全桥电源，进行了开环和闭环的系统实验，实验结果表明所进行的设计是合理的，UCC，3895有较强的实用价值。

关键词：移相全桥变换器；UCCt895；设计0 引言移相全桥(Full-Bridge，FB)PWM变换器是一种应用广泛，适用于较大功率、低电压等场合的变换器。

该变换器采用PWM移相控制，在不附加其他额外元器件，电路成本和复杂程度基本不变的情况下，利用变压器的漏感和功率开关管的结电容进行谐振，使功率管实现零电压开关(ZVS)，从而减小了开关损耗，变换器的效率可大于80％，并且开关电压应力的减小使得开关频率可以进一步得到提高，可达到100 kHz～500 kHz，故该变换器适应当今开关电源高频化、高效化的发展趋势，有广阔的应用前景。

实现全桥变换器的移相PWM控制的方法很多，比如：采用分立器件进行逻辑组合，采用专用的集成控制芯片，采用DSP或CPLD数字实现等。

第一种方法较为复杂，不利于工业应用，第三种方法的成本相对较高；而采用专用的集成控制器是电源开发设计者们较多采用的方法。

当今应用较多的移相全桥集成控制芯片主要是UC3879和UC3875／6／7／8系列。

UC3879作为UC3875的改进型，其工作原理和基本结构是相同的，但在一些功能上进行了改进。

UCC3895是TI公司生产的又一种高性能PWM移相型控制器。

它是UC3879的改进型，除了具有UC38779的功能外，最大的改进是增加了自适应死区设置，以适应负载变化时不同的准谐振软开关要求。

新增加了PWM软关断能力。

同时由于它采用了BCDMOS工艺，使得它的功耗更小，工作频率更高，因而更加符合电力电子装置高效率、高频率、高可靠的发展要求。

本文首先介绍了UCC3895的电气特性、管脚的基本功能及电压型控制或峰值电流控制的实现。