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不对称半桥变换器 Asymmetric half bridge Converter AHB 引言 目前高频化已成为电力电子电路的主要特点，它可以使变换器具有更高的功率密度、高可靠、低噪声和快速响应能力，但由于电力电子开关器件的开关损耗与开关频率成正比，频率越高，器件和电路的损耗越大，变换器的效率也就越低。采用零电压开关和零电流开关技术可以极大地减少变换器的开关损耗。 不对称半桥ABH的电路结构 不对称半桥电路的构成 不对称半桥AHB电路的工作原理 １、变压器激磁电感Ｌm足够大； ２、滤波电感Ｌ0和电容C0足够大，工作于电流连续模式； ３、隔离电容Ｃ1足够大，其上的电压在一个周期内保持不变; ４、开关管寄生电容为常量，不随电压变化; 5、所有开关管和二极管都是理想的。 不对称半桥的原理时序分析 不对称半桥的工作模态分析：t0时刻前 不对称半桥的工作模态分析:t0~t1 滤波电感电流iLo经电感Lo、电容Co、D1、N2流通，D1的电流iD1=iLo； t0时刻，S1关断，ip转移流经电容CS1和CS2，CS1开始充电、电压线性上升，CS2开始放电、电压线性下降，N1和Ls上电压下降，Umn下降，iLo仍然经二极管D1流通。 稳态时，Ls和Rs上的电压很小。 不对称半桥的工作模态分析:t0~t1 根据变压器伏秒平衡： 不对称半桥的工作模态分析：t1时刻 Ｕp=UCS2=UC1， UN1=0，ULs=0，Umn=0，ip正向最大值。 不对称半桥的工作模态分析:t1~t2 不对称半桥的工作模态分析t2时刻 不对称半桥的工作模态分析t2~t3 不对称半桥的工作模态分析t3~t4 不对称半桥的工作模态分析t4~t5 不对称半桥的工作模态分析t4~t5 此时二次侧二极管整流电压为： 不对称半桥的工作模态分析t5~t6 不对称半桥的工作模态分析t5~t6 t6时刻，该阶段结束，此时UP（UCS2）=UC1，N1和Ls上反向电压下降到零， Umn =0，ip为反向最大值。 不对称半桥的工作模态分析t6~t7 不对称半桥的工作模态分析t6~t7 变压器二次侧等效短路，一次绕组N1电压为零，正向电压由Ls单独承受。 不对称半桥的工作模态分析t7~t8 不对称半桥的工作模态分析t7~t8 不对称半桥的工作模态分析t8~t9 不对称半桥的工作模态分析t9~t0 +T 不对称半桥的工作模态分析t9~t0 +T 此时二次侧二极管整流电压为： 小结：不对称半桥的基本关系 稳态时 不对称半桥的基本关系 理想的变压器次级电压与初级电压波形相似，只相差一个变比 （取N2=N3） 不对称半桥的基本关系 不对称半桥的基本关系 电路设计步骤 因为一般使用MOSFET作为功率开关，电路工作频率一般选择在100KHZ以上。电路设计步骤如下： 电路设计 由选取的Dmax，确定变压器变比： 电路设计 决定变压器线圈参数 电路设计 输出滤波参数 讨论 由于输出与输入是二次方关系，调节特性对称于0.5。最大占空比不宜接近0.5.但不能太小，否则匝比小，初级峰值电流加大。D如果接近0.5，加载时，无法通过增大占空比调节输出电压。为获得较好的动态特性，一般选择D=0.35较好。 讨论 稳态时电容C1上电压为DVi。在负载突变时，例如由空载突加到满载，电容电压不能突变，反馈将占空比拉到最大，磁化最长，去磁不足而引起变压器饱和。这是应当在变压器设计和电路保护上予以注意的。 开通软开关是由变压器漏感来实现的。漏感能量与负载电流及漏感大小有关。如果漏感小，轻载时很难实现零电压开通。如果漏感太大，占空比丢失太大。一般保证在1/3满载功率以上实现ZVS。 讨论 输出滤波电感由右式决定： 讨论 由于不对称半桥变换器存在直流偏磁，功率变压器磁芯带有气隙，或采用不对称匝比，获得最小的直流偏磁。 不对称半桥电路的特点 不存在半桥电路电容不平衡的问题； 功率管电压应力小，结构紧凑，易于实现软开关（ZVS）； 开关管互补导通，时间不等； 该拓扑适合于高频工作，并能获得高效率。 注意：如果输出电压或输入电压较低，则上式中整流器或功率管的压降，以及输入和输出电路中的所有压降均需考虑。 已经决定了最低电压Uimin下的最大占空比Dmax。初级电压U1=Ui（1-D）。根据工作频率f，选择磁芯材料。按允许单位体积损耗（例如自冷为100mW/cm3）选择磁感应B来计算线圈匝数。一般先计算最低电压对应的线圈匝数。 滤波电感：假定纹波电流△I为输出电流的20%。当S1导通时： 即： 不对称半桥滤波电感比正激输出滤波电感小（1-2D）倍 可以看到D越接近0.5，需要连续的电感量越小。因此不对称半桥工作适合在输入是PFC预调节后，输入范围较窄的变换器中。 可以使用有源箝位控制芯片，但应