當(dāng)前位置:首頁(yè) > 公眾號(hào)精選 > 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)
[導(dǎo)讀]在早期的大功率電源(輸出功率大于1KW)應(yīng)用中,硬開關(guān)全橋(Full-Bridge)拓?fù)涫菓?yīng)用最為廣泛的一種,其特點(diǎn)是開關(guān)頻率固定,開關(guān)管承受的電壓與電流應(yīng)力小,便于控制,特別是適合于低壓大電流,以及輸出電壓與電流變化較大的場(chǎng)合。但受制于開關(guān)器件的損耗,無(wú)


在早期的大功率電源(輸出功率大于1KW)應(yīng)用中,硬開關(guān)全橋(Full-Bridge)拓?fù)涫菓?yīng)用最為廣泛的一種,其特點(diǎn)是開關(guān)頻率固定,開關(guān)管承受的電壓與電流應(yīng)力小,便于控制,特別是適合于低壓大電流,以及輸出電壓與電流變化較大的場(chǎng)合。但受制于開關(guān)器件的損耗,無(wú)法將開關(guān)頻率提升以獲得更高的功率密度。例如:一個(gè)5KW的電源,采用硬開關(guān)全橋,即使效率做到92%,那么依然還有400W的損耗,那么每提升一個(gè)點(diǎn)的效率,就可以減少50W的損耗,特別在多臺(tái)并機(jī)以及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的系統(tǒng)中,其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。


隨后,人們?cè)谟查_關(guān)全橋的基礎(chǔ)上,開發(fā)出了一種軟開關(guān)的全橋拓?fù)洹?a href="/tags/移相全橋" target="_blank">移相全橋(Phase-Shifting Full-Bridge Converter,簡(jiǎn)稱PS FB),利用功率器件的結(jié)電容與變壓器的漏感作為諧振元件,使全橋電源的4個(gè)開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通(Zero voltage Switching,簡(jiǎn)稱ZVS),來實(shí)現(xiàn)恒頻軟開關(guān),提升電源的整體效率與EMI性能,當(dāng)然還可以提高電源的功率密度。




上圖是移相全橋的拓?fù)鋱D,各個(gè)元件的意義如下:


Vin:輸入的直流電源

T1-T4:4個(gè)主開關(guān)管,一般是MOSFET或IGBT

T1,T2稱為超前臂開關(guān)管,T3,T4稱為滯后臂開關(guān)管

C1-C4:4個(gè)開關(guān)管的寄生電容或外加諧振電容

D1-D4:4個(gè)開關(guān)管的寄生二極管或外加續(xù)流二極管

VD1,VD2:電源次級(jí)高頻整流二極管

TR:移相全橋電源變壓器

Lp:變壓器原邊繞組電感量

Ls1,Ls2:變壓器副邊電感量

Lr:變壓器原邊漏感或原邊漏感與外加電感的和

Lf:移相全橋電源次級(jí)輸出續(xù)流電感

Cf: 移相全橋電源次級(jí)輸出電容

RL: 移相全橋電源次級(jí)負(fù)載


因?yàn)槭亲隼碚摲治?,所以要將一些器件的特性理想化,具體如下:


1、 假設(shè)所有的開關(guān)管為理想元件,開通與關(guān)斷不存在延遲,導(dǎo)通電阻無(wú)窮小;開關(guān)管的體二極管或者外部的二極管也為理想元件,其開通與關(guān)斷不存在延遲,正向壓降為0。


2、 所有的電感,電容都為理想元件,不存在寄生參數(shù),變壓器也為理想變壓器,不存在漏感與分布參數(shù)的影響,勵(lì)磁電感無(wú)窮大,勵(lì)磁電流可以忽略,諧振電感是外加的。


3、 超前橋臂與滯后的諧振電容都相等,即C1=C2=Clead,C3=C4=Clag。


次級(jí)續(xù)流電感通過匝比折算到初級(jí)的電感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lr即LS=Lr*n2》Lr。


PS FB一個(gè)周期可以分為12中工作模態(tài),其中正負(fù)半周期是對(duì)應(yīng)的關(guān)系,只不過改變的是電流在橋臂上的流向,下面我們首先來分析這12個(gè)工作模態(tài)的情況,揭開移相全橋的神秘面紗。




工作模態(tài)一:正半周期功率輸出過程


如上圖,此時(shí)T1與T4同時(shí)導(dǎo)通,T2與T3同時(shí)關(guān)斷,原邊電流的流向是T1—Lp—Lk—T4,如圖所示。


此時(shí)的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的A,B兩點(diǎn)上,即UAB=Vin, 此時(shí)AB兩點(diǎn)的電感量除了圖上標(biāo)示出的Lp與Lk之外,應(yīng)該還有次級(jí)反射回來的電感LS`(因?yàn)榇藭r(shí)次級(jí)二極管VD1是導(dǎo)通的),即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來,所以LS`會(huì)比Lk大很多,導(dǎo)致Ip上升緩慢,上升電流△Ip為△ Ip=(Vin-n*Uo)*(t1-t0)/( Lk+ LS`)


Vin-n*UO  是諧振電感兩端的電壓,就是用輸入電壓減去次級(jí)反射回來的電壓。


此過程中,根據(jù)變壓器的同名端關(guān)系,次級(jí)二極管VD1導(dǎo)通,VD2關(guān)斷,變壓器原邊向負(fù)載提供能量,同時(shí)給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲(chǔ)能。(圖中未畫出)


此時(shí), UC2=UC3=UA=UAB=Vin    UB=0V



工作模態(tài)二:超前臂諧振過程


如上圖,此時(shí)超前橋臂上管T1在t1時(shí)刻關(guān)斷,但由于電感兩端電流不能突變的特性,變壓器原邊的電流仍然需要維持原來的方向,故電流被轉(zhuǎn)移到C1與C2中,C1被充電,電壓很快會(huì)上升到輸入電壓Vin,而C2開始放電,電壓很快就下降到0,即將A點(diǎn)的電位鉗位到0V。


由于次級(jí)折算過來的感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lk,故基本可以認(rèn)為此是的原邊類似一個(gè)恒流源,此時(shí)的ip基本不變,或下降很小。

C1兩端的電壓由下式給出

Vc1=Ip*(t2-t1)/(C1+C3)= Ip*(t2-t1)/2 Clead


C2兩端的電壓由下式給出

Vc1= Vin- 【Ip*(t2-t1)/2 Clead】


其中Ip是在模態(tài)2流過原邊電感的電流,在T2時(shí)刻C1上的電壓很快上升到Vin,C2上的電壓很快變成0V,D2開始導(dǎo)通。


在t2時(shí)刻之前,C1充滿電,C2放完電,即 VC1= VC3= Vin VC2=VA=VB= 0V

模態(tài)2的時(shí)間為△t= t2-t1=2 Clead * Vin/ Ip




工作模態(tài)三:原邊電流正半周期鉗位續(xù)流過程


如上圖,此時(shí)二極管D2已經(jīng)完全導(dǎo)通續(xù)流,將超前臂下管T2兩端的電壓鉗位到0V,此時(shí)將T2打開,就實(shí)現(xiàn)了超前臂下管T2的ZVS開通;但此時(shí)的原邊電流仍然是從D2走,而不是T2。


此時(shí)流過原邊的電流仍然較大,等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流即 ip(t)= iLf(t)/n


此時(shí)電流的下降速度跟電感量有關(guān)。


從超前臂T1關(guān)斷到T2打開這段時(shí)間td,稱為超前臂死區(qū)時(shí)間,為保證滿足T2的ZVS開通條件,就必須讓C3放電到0V,即

td ≥△t= t2-t1=2 Clead * Vin/ Ip

  此時(shí), UC1=UC3=Vin , UA=UB=UAB=0V




工作模態(tài)四:正半周期滯后臂諧振過程


如圖所示:在T3時(shí)刻將滯后臂下管T4關(guān)斷,在T4關(guān)斷前,C4兩端的電壓為0,所以T4是零電壓關(guān)斷。


由于T4的關(guān)斷,原邊電流ip突然失去通路,但由電感的原理我們知道,原邊電流不允許突變,需要維持原來的方向,以一定的速率減少。所以,原邊電流ip會(huì)對(duì)C4充電,使C4兩端的電壓慢慢往上升,同時(shí)抽走C3兩端的電荷。

即 ip(t)=I2sinω(t-t3)

vc4(t)=ZpI2sinω(t-t3)

vc3(t)=Vin-ZpI2sinω(t-t3)


其中,I2:t3時(shí)刻,原邊電流下降之后的電流值

Zp:滯后臂的諧振阻抗,Zp= )0.5

ω:滯后臂的諧振角頻率,ω=1/(2Lr*Clag)0.5


可能有人會(huì)感到奇怪,電流怎么出現(xiàn)了正弦函數(shù)關(guān)系呢,沒錯(cuò),因?yàn)榇藭r(shí)是原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個(gè)電容C3,C4諧振,其關(guān)系就是正弦關(guān)系。


為何我上面提到只有原邊的諧振電感Lr參加諧振呢,那么次級(jí)的儲(chǔ)能電感是否有參加諧振呢?下面我們來分析一下:


由于滯后臂下管T4的關(guān)斷,C4慢慢建立起電壓,而最終等于電源電壓,即UC4=Vin,從圖紙上我們可以看到,UC4其實(shí)就是B點(diǎn)的電壓,C4兩端電壓的上升就是B點(diǎn)電壓由0V慢慢的上升過程,而此時(shí)A點(diǎn)電壓被鉗位到0V,所以這會(huì)導(dǎo)致UAB<0V,也就是說這個(gè)時(shí)候原邊繞組的電壓已經(jīng)開始反向。


由于原邊電壓的反向,根據(jù)同名端的關(guān)系,LS1,LS2同時(shí)出現(xiàn)下正上負(fù)的關(guān)系,此時(shí)VD2開始導(dǎo)通并流過電流;而由于LS1與Lf的關(guān)系,流過LS1與VD1的電流不能馬上減少到0,只能慢慢的減少;而且通過VD2的電流也只能慢慢的增加,所以出現(xiàn)了VD1與VD2同時(shí)導(dǎo)通的情況,即副邊繞組LS1,LS2同時(shí)出現(xiàn)了短路。


而副邊繞組的短路,導(dǎo)致Lf反射到原邊去的通路被切斷,也就是說會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來的(Lf*n2+ Lr)迅速減少到只剩Lr,由于Lr比(Lf*n2+ Lr)小很多,所以原邊電流會(huì)迅速減少。


此時(shí),原邊的UAB=ULr=-Vin,UA=0V, UB= Vin




開關(guān)模態(tài)五:諧振結(jié)束,原邊電感向電網(wǎng)饋能


如圖所示,當(dāng)C4充電到Vin之后,諧振結(jié)束,就不再有電流流過C3,C4,轉(zhuǎn)而D3自然導(dǎo)通,原邊電流通過D2—Lr—D3向電網(wǎng)饋能,其實(shí)能量來源于儲(chǔ)存在Lr中的能量,此時(shí)原邊電流迅速減少,


ip(t)= Ip4- (t-t4)

其中 Ip4是t4時(shí)刻的原邊電流值

在t5時(shí)刻減少到0。


此時(shí)T3兩端的電壓降為0V,只要在這個(gè)時(shí)間將T3開啟,那么T3就達(dá)到了零電壓開啟的效果。


在這里有幾個(gè)概念需要介紹下:

死區(qū)時(shí)間:超前臂或滯后臂的上下兩管,開通或關(guān)閉的間隔時(shí)間,移相全橋電源每個(gè)周期有4個(gè)死區(qū)時(shí)間。


諧振周期:滯后臂兩個(gè)管子關(guān)斷之后到超前臂兩個(gè)管子開通之前,次級(jí)電感通過匝比反射回來的電感與諧振電感之和與各自的諧振電容的2個(gè)諧振時(shí)間;還有就是超前臂已經(jīng)開通,滯后臂兩個(gè)管子換流之前,諧振電感與各自的諧振電容的2個(gè)諧振時(shí)間。


移相角度:指的是超前臂上管開通到滯后臂下管的開通的時(shí)間間隔或超前臂下管開通到滯后臂上管的開通的時(shí)間間隔,再轉(zhuǎn)換成角頻率ω

ω=2∏f=2∏/T.


對(duì)于開關(guān)模態(tài)5來說,諧振周期一定要小于死區(qū)時(shí)間,否則就不能達(dá)到滯后臂的ZVS效果了。但此時(shí)的諧振電感是沒有次級(jí)電感通過匝比反射回來的,所以只有諧振電感參與了諧振,在設(shè)計(jì)的時(shí)候小心了,諧振電感一定要足夠大,否則諧振能量不夠的話,原邊電流就會(huì)畸變。


在t5時(shí)刻,UAB=ULr=-Vin,UA=0V, UB= UC1= Vin




開關(guān)模態(tài)六:原邊電流從0反向增大


如圖所示,在t5時(shí)刻之前,T3已經(jīng)導(dǎo)通,在t5時(shí)刻原邊電流ip已經(jīng)下降到0,由于沒有了電流,所以D2,D3自然關(guān)斷。


在t5-t6的時(shí)間內(nèi),副邊的二極管D1,D2還是同時(shí)導(dǎo)通流過電流,將副邊繞組短路,阻斷輸出電感反射到初級(jí)的途徑,此時(shí)的負(fù)載電流還是由次級(jí)電感與輸出電容提供;同時(shí),由于原邊的T2,T3已經(jīng)導(dǎo)通,原邊電流ip流過T3--Lr--T2,又因?yàn)長(zhǎng)r很小,所以原邊電流ip就會(huì)反向急劇增大。


即 ip(t)= - (t-t5)

在t6時(shí)刻,ip達(dá)到最大,等于副邊的電感電流折算到初級(jí)的電流

即 ip(t6)= - ILf(t6)/n

在這個(gè)開關(guān)模態(tài),原邊電流是不傳遞能量的,但副邊卻存在著一個(gè)劇烈的換流過程,通過副邊二極管VD1的電流迅速減少,VD2的電流迅速增大,在t6時(shí)刻,通過VD1的電流減少到0,通過VD2的電流等于電感電流ILf。


在t6時(shí)刻之前,原邊的UAB= ULr=-Vin,UA=0V, UB= Vin

達(dá)到t6時(shí)刻之后,移相全橋的正半周期工作結(jié)束;并開始負(fù)半周期工作,其工作原理與正半周期相似,下面來做進(jìn)一步的分析:




開關(guān)模態(tài)七:負(fù)半周期功率輸出過程


如上圖,此時(shí)T2與T3同時(shí)導(dǎo)通,T1與T4同時(shí)關(guān)斷,原邊電流ip的流向是T3—Lk—Lp—T2,如圖所示。


此時(shí)的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的B,A兩點(diǎn)上,即UAB=-Vin,此時(shí)AB兩點(diǎn)的電感量除了圖上標(biāo)示出的Lp與Lk之外,應(yīng)該還有次級(jí)反射回來的電感LS`(因?yàn)榇藭r(shí)次級(jí)二極管VD2是導(dǎo)通的),即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來,所以LS`會(huì)比Lk大很多,導(dǎo)致Ip上升緩慢,上升電流△Ip為-△Ip=-【 (Vin-n*Uo)*(t7-t6)/( Lk+ LS`)】


此過程中,根據(jù)變壓器的同名端關(guān)系,次級(jí)二極管VD2導(dǎo)通,VD1關(guān)斷,變壓器原邊向負(fù)載提供能量,同時(shí)給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲(chǔ)能。(圖中未畫出)


此時(shí), UC1 =UC4=UB =Vin UAB=-Vin  UA=0V




開關(guān)模態(tài)八:負(fù)半周期超前臂諧振過程


如上圖,此時(shí)超前橋臂下管T2在t7時(shí)刻關(guān)斷,但由于電感兩端電流不能突變的特性,變壓器原邊的電流仍然需要維持原來的方向,故電流被轉(zhuǎn)移到C1與C2中,C2被充電,電壓很快會(huì)上升到輸入電壓Vin,而C1的電荷很快就被抽走,C1兩端電壓很快就下降到0V,即將A點(diǎn)的電位鉗位到Vin。


由于次級(jí)折算過來的感量LS`遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感的感量Lk,故基本可以認(rèn)為此是的原邊類似一個(gè)恒流源,此時(shí)的ip基本不變,或下降很小。

C2兩端的電壓由下式給出

Vc2=︱-Ip︱*(t8-t7)/(C1+C2)= Ip*(t8-t7)/2 Clead


C1兩端的電壓由下式給出

Vc1= Vin- 【︱-Ip︱*(t8-t7)/2 Clead】


其中Ip是在模態(tài)8流過原邊電感的電流,在t8時(shí)刻之前,C2上的電壓很快上升到Vin,C1上的電壓很快變成0V,D1開始導(dǎo)通。


在t8時(shí)刻之前,C2充滿電,C1放完電,即 VC2= VC4=VA=VB = Vin VC1=VAB= 0V

模態(tài)8的時(shí)間為

△t= t8-t7=2 Clead * Vin/ Ip


注意:此△t時(shí)間要小于死區(qū)時(shí)間,否則將影響ZVS效果。


第4、8種工作模式分別是滯后臂與超前臂的諧振模式,稍后上詳細(xì)的分析過程




開關(guān)模態(tài)九:原邊電流負(fù)半周期鉗位續(xù)流過程


如上圖,在t8時(shí)刻二極管D1已經(jīng)完全導(dǎo)通續(xù)流,將超前臂上管T1兩端的電壓鉗位到0V,此時(shí)將T1打開,就實(shí)現(xiàn)了超前臂上管T1的ZVS開通;但此時(shí)的原邊電流仍然是從D1走,而不是T1。


此時(shí)流過原邊的電流仍然較大,等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流即 ip(t)= iLf(t)/n


此時(shí)電流的下降速度跟副邊電感的電感量有關(guān)。


從超前臂T2關(guān)斷到T1打開這段時(shí)間td,稱為超前臂死區(qū)時(shí)間,為保證滿足T1的ZVS開通條件,就必須讓C1放電到0V,即

td ≥△t= t9-t8=2 Clead * Vin/ Ip

此時(shí), UC2=UC4=UA=UB =Vin , UAB=0V




開關(guān)模態(tài)十:負(fù)半周期滯后臂諧振過程


如圖所示:在T9時(shí)刻將滯后臂上管T3關(guān)斷,在T3關(guān)斷前,C3兩端的電壓為0,所以T3屬于零電壓關(guān)斷。


由于T3的關(guān)斷,原邊電流ip突然失去通路,但由電感的原理我們知道,原邊電流不允許突變,需要維持原來的方向,以一定的速率減少。所以,原邊電流ip會(huì)對(duì)C3充電,使C3兩端的電壓慢慢往上升,同時(shí)C4開始放電。即 ip(t)=-I2sinω(t-t9)

vc3(t)=Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)

vc4(t)=Vin-Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)


其中,-I2:t9時(shí)刻,原邊電流下降之后的電流值

Zp:滯后臂的諧振阻抗,Zp= )0.5

ω:滯后臂的諧振角頻率,ω=1/(2Lr*Clag)0.5


同理,原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個(gè)電容C3,C4諧振,其電壓與電流的關(guān)系就是正弦關(guān)系。


同開關(guān)模態(tài)四分析一樣的道理,由于原邊電壓的反向,根據(jù)同名端的關(guān)系,LS1,LS2同時(shí)出現(xiàn)上正下負(fù)的關(guān)系,此時(shí)VD1開始導(dǎo)通并流過電流;而由于LS2與Lf的關(guān)系,流過LS2與VD2的電流不能馬上減少到0,只能慢慢的減少;而且通過VD1的電流也只能慢慢的增加,所以出現(xiàn)了VD1與VD2同時(shí)導(dǎo)通的情況,即副邊繞組LS1,LS2同時(shí)出現(xiàn)了短路。


而副邊繞組的短路,導(dǎo)致Lf反射到原邊去的通路被切斷,也就是說會(huì)導(dǎo)致原邊參加諧振的電感量由原來的(Lf*n2+ Lr)迅速減少到只剩Lr,由于Lr比(Lf*n2+ Lr)小很多,所以原邊電流會(huì)迅速減少。


在t10時(shí)刻,原邊的UAB=ULr=Vin,UB=UC4=0V, UA=UC2=UC3=Vin




開關(guān)模態(tài)十一:諧振結(jié)束,原邊電感向電網(wǎng)饋能


如圖所示,當(dāng)C3充電到Vin之后,諧振結(jié)束,就不再有電流流過C3,C4,轉(zhuǎn)而D4自然導(dǎo)通,原邊電流通過D4—Lr—D1向電網(wǎng)饋能,其能量來源于儲(chǔ)存在Lr中的能量,此時(shí)原邊電流迅速減少。


ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】


其中 Ip10是t10時(shí)刻的原邊電流值,在t11時(shí)刻減少到0。


此時(shí)T4兩端的電壓降為0V,只要在這個(gè)時(shí)間將T4開啟,那么T4就達(dá)到了零電壓開啟的效果。


對(duì)于開關(guān)模態(tài)11來說,諧振周期一定要小于死區(qū)時(shí)間,否則就不能達(dá)到滯后臂的ZVS效果了。但此時(shí)的諧振電感是沒有次級(jí)電感通過匝比反射回來的,所以只有諧振電感參與了諧振,在設(shè)計(jì)的時(shí)候小心了,諧振電感一定要足夠大,否則諧振能量不夠的話,原邊電流就會(huì)畸變。


在t11時(shí)刻,UAB=ULr= UC3=UA=Vin,UB=0V




開關(guān)模態(tài)十二:原邊電流從0正向增大


如圖所示,在t11時(shí)刻之前,T4已經(jīng)導(dǎo)通,在t11時(shí)刻原邊電流ip已經(jīng)上升到0,由于沒有了電流,所以D1,D4自然關(guān)斷。


在t11-t12的時(shí)間內(nèi),副邊的二極管D1,D2還是同時(shí)導(dǎo)通流過電流,將副邊繞組短路,阻斷輸出電感反射到初級(jí)的途徑,此時(shí)的負(fù)載電流還是由次級(jí)電感與輸出電容提供;同時(shí),由于原邊的T1,T4已經(jīng)導(dǎo)通,原邊電流ip流過T1--Lr—T4,又因?yàn)長(zhǎng)r很小,所以原邊電流ip就會(huì)正向急劇增大。


即 ip(t)= - (t-t11)


在t12時(shí)刻,ip達(dá)到最大,等于副邊的電感電流折算到初級(jí)的電流


即 ip(t12)= - ILf(t12)/n


在這個(gè)開關(guān)模態(tài),原邊電流是不傳遞能量的,但副邊卻存在著一個(gè)劇烈的換流過程,通過副邊二極管VD2的電流迅速減少,VD1的電流迅速增大,在t12時(shí)刻,通過VD2的電流減少到0,通過VD1的電流等于電感電流ILf。


在t12時(shí)刻,原邊的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V


至此,一個(gè)完整的移相全橋工作周期分析已經(jīng)完成。


其中有一些地方可能有點(diǎn)小小錯(cuò)誤(歡迎指正),但不影響總體的工作原理分析12個(gè)工作模態(tài)我先用用圖紙的方式呈現(xiàn)出來了,為了便于分析,我省略了次級(jí)繞組的回路分析。


12個(gè)工作過程包括:2個(gè)正負(fù)半周期的功率輸出過程,2個(gè)正負(fù)半周期的鉗位續(xù)流過程,4個(gè)諧振過程(包括2個(gè)橋臂的諧振過程與2個(gè)換流過程),2個(gè)原邊電感儲(chǔ)能返回電網(wǎng)過程,最后還有2個(gè)變壓器原邊電流上沖或下沖過零結(jié)束急變過程。這12個(gè)過程就構(gòu)成了移相全橋的一個(gè)完整的工作周期,只要有任何一個(gè)過程發(fā)生偏離或異常,將會(huì)影響到移相全橋的ZVS效果,甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電源不能正常工作。


接下來說說移相全橋存在的問題


問題一:滯后臂較難實(shí)現(xiàn)ZVS


原因:


滯后臂諧振的時(shí)候,次級(jí)繞組短路被鉗位,所以副邊電感無(wú)法反射到原邊參加諧振,導(dǎo)致諧振的能量只能由諧振電感提供,如果能量不夠,就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法將滯后臂管子并聯(lián)的諧振電容電壓諧振到0V.


解決方法:


①、增大勵(lì)磁電流。但會(huì)增大器件與變壓器損耗。 

②、增大諧振電感。但會(huì)造成副邊占空比丟失更嚴(yán)重。 

③、增加輔助諧振網(wǎng)絡(luò)。但會(huì)增加成本與體積。

問題二:副邊占空比的丟失 


原因:


移相全橋的原邊電流存在著一個(gè)劇烈的換流過程,此時(shí)原邊電流不足以提供副邊的負(fù)載電流,因此副邊電感就會(huì)導(dǎo)通另一個(gè)二極管續(xù)流,即副邊處于近似短路狀態(tài);


Dloss與諧振電感量大小以及負(fù)載RL大小成正比,與輸入電壓大小成反比。 


解決方法:


①、減少原副邊的匝比。但會(huì)造成次級(jí)整流管的耐壓增大的后果。 

②、將諧振電感改為可飽和電感。因?yàn)樵诔跫?jí)換流的過程中,一旦進(jìn)入電感的飽和狀態(tài),那么流過電感的電流馬上就會(huì)變?yōu)轱柡碗娏?,而不是線性的減少,這就意味著減少了換流時(shí)間,等效于減少了占空比丟失時(shí)間。當(dāng)然我這么解釋看起來有點(diǎn)不好理解,要結(jié)合移相全橋的工作過程來理解,還是可以慢慢去體會(huì)的


將PSFB的磁性器件計(jì)算方法貼出來。


輸出儲(chǔ)能電感設(shè)計(jì):


移相全橋的輸出儲(chǔ)能電感其實(shí)可以看做一個(gè)單純的BUCK電感,由于其正負(fù)半周期各工作一次,所以其工作頻率等于2倍開關(guān)頻率,其計(jì)算公式為: 


Lf = Vo *(1-Dmin)/(4*fs* △I)


上式中的Lf是最小電感,實(shí)際取值要大于此值,以保證電流的連續(xù)性,如果需要輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的話,則Vo要取Vo(min),即 


Lf = Vo(min) *(1-Dmin)/(4*fs* △I)


上式Dmin是為了便于理解,實(shí)際上移相全橋占空比是不變的,不存在最小占空比的說法:即 


Dmin= Vo(min)/(Vin(max)/n-VLf-VD)


主變壓器設(shè)計(jì):


首先計(jì)算出移相全橋的次級(jí)輸出最低電壓: 


Vsec(min)=( Vo(max)+VLf+VD)/ Dsec(max)


初次級(jí)的變壓器匝比為:


n=Vin(min) /Vsec(min)


選擇變壓器,使用Ap法: 


Ap =Ae*Aw= Po*104 /(4*?*fs*△B*J*Ku*)


接下來計(jì)算變壓器原邊匝數(shù): 


Np= Vin(min)*D(max)/(4*fs*Ae*Bmax)


那么次級(jí)繞組匝數(shù)為: 


Ns= Np/n


諧振電感設(shè)計(jì):


附加諧振電感的目的就是為了實(shí)現(xiàn)滯后臂開關(guān)管的ZVS,如前面的分析,滯后臂諧振時(shí)次級(jí)電感不能通過變壓器反射到初級(jí),為了保證滯后臂的開關(guān)管ZVS,那么諧振電感的能量必須滿足下式: 


LrIp2/2=( Vin2*C上管)/2+( Vin2*C下管)/2= Vin2*Clag 


即 Lr= 2* Vin2*Clag /Ip2


其中 Lr:諧振電感值 


Vin:輸入電壓


Clag:滯后橋臂電容(外加電容與MOSFET結(jié)電容)


Ip:滯后橋臂關(guān)斷時(shí)刻原邊電流大小 


計(jì)算還要考慮以下幾點(diǎn)因素: 


①、Vin應(yīng)取最高輸入電壓值,保證任意輸入電壓下,滯后橋臂均能實(shí)現(xiàn)ZVS。 

②、考慮在輕載Ip1(10%-20%負(fù)載)時(shí)刻,需要滯后橋臂仍然需要工作在ZVS狀態(tài)。 

③、輸出電流iLf在某個(gè)值(比如2A)時(shí)刻,輸出儲(chǔ)能電感電流任然連續(xù)或處在臨界點(diǎn)。 


也就是說,輸出儲(chǔ)能電感的脈動(dòng)電流等于2倍此值 

即 △ iLf = 2 *2A=4A

那么 Ip=(Ip1+ △iLf /2)/n


-END-

7大致命因素!影響著你的信號(hào)完整性!
電氣元件知識(shí)大全:實(shí)物圖、作用、型號(hào)分類、工作原理、符號(hào)都有
干貨|高人圖解高速電路PCB回流路徑


免責(zé)聲明:整理本文出于傳播相關(guān)技術(shù)知識(shí),版權(quán)歸原作者所有。

免責(zé)聲明:本文內(nèi)容由21ic獲得授權(quán)后發(fā)布,版權(quán)歸原作者所有,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。文章僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),不代表本平臺(tái)立場(chǎng),如有問題,請(qǐng)聯(lián)系我們,謝謝!

電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

掃描二維碼,關(guān)注更多精彩內(nèi)容

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉