半桥电路抗不平衡能力2.ppt

3、半桥式DC-DC变换器原理及设计 推挽直流变换器开关管承受反向电压至少是电源电压的两倍，因而大多用于电源电压较低的场合。半桥变换器开关管承受的反向电压为电源电压，故可在电源电压较高的场合应用。半桥变压器是由半桥逆变器、高频变压器和输出整流滤波电路组成，因而也属于直流-交流-直流变换器。 图5-26给出了输出为全波整流电路的半桥直流变换器的主电路，图5-27给出了各点主要波形。 工作原理 由两个相等的电容C1和C2构成一个桥臂，开关管Q1、Q2（均含有反并联二极管）构成另一个桥臂，两个桥臂的中点A、B接高频变压器，由于电容C1和C2较大，其中点B的电位保持不变，且等于Vin/2。从另一个角度看，它实际上是两个正激变换器的组合，每个正激变换器输入电压为Vin/2 ，输出电压为Vo。变压器原边绕组匝数为W1，两个副边绕组匝数相等，即W21=W22=W2，图中Llk是变压器的漏感。 不考变压器虑漏感 当Q1导通时，变压器原边绕组上电压为 ，绕组感应电势“*”端为“正”极性，故DR1导通，DR2反偏截止，输出滤波电感电流iLf增长。在t=Ton时，Q1关断，由于电感电流不能断续，iLf继续按原方向流动，故副边绕组is和原边绕组中的电流ip也仍按原方向流动，D2续流，因此极性反转，DR2导通。由于两个输出整流二极管同时导通，将变压器副边电压箝位为零，由变压器原理可知，变压器原边电压为零，这时ip=0，这时is1=is2=is/2，由于这时变压器原边绕阻W1中电流为零，因此D2续流停止。实际上当Q1关断时出现负压的时间很短，因此在图中没有画出。在死区时间[Ton，Ts/2]内，电感电流下降，在Ts/2时刻，Q2导通， ，变压器绕阻电势“非*”为正，ip从零反向增长到 ，二极管DR1截止， ， ，在[Ts/2，Ts]区间，与上类似。 电感电流连续时输出电压： Q1 、Q2承受的反向电压为输入电源电压；整流二极管承受的反向电压为 ；电感电流的平均值为负载电流Io，通过输出整流二极管的最大电流为 ， 为电感电流脉动量： 流过功率开关管的最大电流： 考虑变压器漏感 在实际应用中，变压器总是存在漏感，由于漏感的存在，变换器的工作原理与不考虑漏感时有所不同。图5-27b给出了半桥变换器考虑变压器漏感时的主要波形。 Q1关断，变压器原边电流不能断续，D2由续流，此时 ，输出整流二极管DR2导通，这时输出整流二极管DR1还在导通。由于两个输出整流二极管同时导通，将变压器原边电压箝位为零，因此 就全部加在变压器漏感上，这个电压使变压器原边电流线性下降，在t1时刻ip下降到零，此时D2关断，Vab=0。[Ton，t1]区间的电压方波（图中用阴影表示）是变压器原边电流减小到零所必需的，一般称为复位电压,同样Q2关断时也会出现复位电压。 Q2导通， ，此时变压器原边电流从零开始反向线性上升，由于变压器漏感限制了它的上升率，在t2时刻之前，输出整流二极管DR1还没有恢复其阻断能力，两个输出整流二极管同时导通，将变压器副边电压箝位为零，同时也把变压器原边电压箝位为零，因此 就全部加在变压器漏感上，这个电压使变压器原边电流线性增加，在t2时刻输出整流二极管DR1关断，变压器原边电流线性增加，箝位结束。虽然在[Ton/2，t2]这一区间 ，但变压器副边电压为零，也就是说，变压器副边丢失了[Ton/2，t2 ]时段的电压方波，这部分时间与 的比值即占空比丢失 。 通过上述分析，可以看出，漏感带来复位电压和占空比丢失两个问题。要求我们在设计电路时要对最大占空比进行限制，留出复位时间；占空比丢失使有效占空比减小，为了得到所要求的输出电压，必须减小变压器的原副边匝比，但匝比减小会带来两个问题，其一是原边开关电流峰值增加，通态损耗增加；其二是输出整流二极管的耐压值要增加。为了减小复位电压时间和占空比丢失，应尽量减小漏感。 3）电容选取 电容器的值可以从已知的初级电流和工作频率来计算。若总输出功率为PO（包括变压器损耗），工作频率为f，占空比 ，半周期为Ts/2，则初级平均电流为 当Q1导通，初级电流流入B点，当Q2导通，则从B点取出电流，在半个周期内由电容C1、C2补充电荷损失。在半个周期内电容上的电压变化为： 在实际应用中，C1=C2=C，则上式可写为： 电容上直流电压变化率与输出整流电压变化率是相同的，因此输出纹波系数为： 为了满足输出纹波要求，C则为： 实际应用中，一般将滤波电容和分压电容分别设置，滤波电容取几百到几千微法的电解电容，分压电容常取几个微法的无极性电容。 半桥仿真 4)半桥电路抗不平衡能力分