移相全橋ZVS變換器的原理與設(shè)計摘要:介紹移相全橋ZVS變換器的原理,并用UC3875控制器研制成功3kW移相全橋零電壓高頻通信開關(guān)電源。 關(guān)鍵詞:移相全橋零電流開關(guān)零電壓開關(guān)準諧振 The Principle and Design of Phase? shifted Full? bridge Zero? voltage Convertor Abstract: The paper introduces the principle of phase? shifted full? bridge zero? voltage? switching convertor.A 3kw full? bridge ZVS convertor was developed using UC3875 controller. Keywords: Phase? shifted full? bridge, ZCS, ZVS, Quasi? resonance 中圖法分類號:TN86文獻標識碼:A文章編號:0219?2713(2000)11?572?03 1引言 傳統(tǒng)的全橋PWM變換器適用于輸出低電壓(例如5V)、大功率(例如1kW)的情況,以及電源電壓和負載電流變化大的場合。其特點是開關(guān)頻率固定,便于控制。為了提高變換器的功率密度,減少單位輸出功率的體積和重量,需要將開關(guān)頻率提高到1MHz級水平。為避免開關(guān)過程中的損耗隨頻率增加而急劇上升,在移相控制技術(shù)的基礎(chǔ)上,利用功率MOS管的輸出電容和輸出變壓器的漏電感作為諧振元件,使全橋PWM變換器四個開關(guān)管依次在零電壓下導通,實現(xiàn)恒頻軟開關(guān),這種技術(shù)稱為ZVS零電壓準諧振技術(shù)。由于減少了開關(guān)過程損耗,可保證整個變換器總體效率達90%以上,我們以Unitrode公司UC3875為控制芯片研制了零電壓準諧振高頻開關(guān)電源樣機。本文就研制過程,研制中出現(xiàn)的問題及其改進進行論述。 2準諧振開關(guān)電源的組成 ZVS準諧振高頻開關(guān)電源是一個完整的閉環(huán)系統(tǒng),它包括主電路、控制電路及CPU通訊和保護電路,如圖1所示。 從圖1可以看出準諧振開關(guān)電源的組成與傳統(tǒng)PWM開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)極其相似,不同的是它在DC/DC變換電路中采用了軟開關(guān)技術(shù),即準諧振變換器(QRC)。它是在PWM型開關(guān)變換器基礎(chǔ)上適當?shù)丶由现C振電感和諧振電容而形成的,由于運行中,工作在諧振狀態(tài)的時間只占開關(guān)周期的一部分,其余時間都是運行在非諧振狀態(tài),所以稱為“準諧振”變換器。準揩振變換器又分為兩種,一種是零電流開關(guān)(ZCS),一種是零電壓開關(guān)(ZVS),零電流開關(guān)準諧振變換器的特點是保證運行中的開關(guān)管在斷開信號到來之前,管中電流下降到零。零電壓開關(guān)準諧振的特點是保證運行中的開關(guān)管在開通信號到來之前,管子兩端的電壓已經(jīng)下降到零。 3零電壓準諧振變換器的工作原理 全橋零電壓準諧振變換器的主電路如圖2所示。Uin為PFC電路輸出的直流電壓(400V),S1~S4為功率開關(guān)管,其體二極管為D1~D4,圖中未畫出其體電容C1~C4,Lr為變壓器T1初級串聯(lián)諧振電感,(包括變壓器的漏感),C為防止變壓器因偏磁而飽和的隔直電容,T2為電流互感器,用于檢測。當變換器過流時,保護電路切斷驅(qū)動信號,保護功率器件。變壓器次級電壓經(jīng)過D5、D6整流和輸出LC濾波器給負載供電。圖3給出了變壓器初級電壓UP、次級電壓US和初級電流ip的波形圖。ZVS變換器一周期內(nèi)可分為六個運行模式,如表1所示。圖3中設(shè)t 圖13kW通信開關(guān)電源方框圖 圖2移相全橋ZVS變換器控制和輸出電路原理圖 圖3全橋ZVS?PWM變換器的主要波形 圖4移相PWM轉(zhuǎn)換器控制和驅(qū)動原理圖
4占空比分析 由波形圖可見,由于變換器存在漏電感,使初級電流在t1~t3階段,有一定斜率,因此次級電壓占空比(t4-t3)/(t4-t0)小于初級電壓占空比(t4-t1)/(t4-t0),造成占空比損失。開關(guān)頻率越高,占空比損失越大。 5移相全橋兩橋臂開關(guān)管實現(xiàn)ZVS的條件 由表1和圖3可以看出,S3和S4實現(xiàn)ZVS分別早于S1、S2,故稱S3、S4為右橋臂又稱超前橋臂,S1、S2為左橋臂又稱滯后臂。由表1可以看出S3、S4實現(xiàn)ZVS分別在(t0~t1)和(t4~t5),S2、S1實現(xiàn)ZVS分別在(t2~t3)和(t6~t7)。而(t2~t3)和(t6~t7)時變壓器初級電流分別小于(t0~t1)和(t4~t5)時的初級電流,故滯后橋臂比超前橋臂實現(xiàn)ZVS開關(guān)困難,特別是輕載時最為明顯。 從理論上分析,S1、S2實現(xiàn)ZVS開關(guān)時,變壓器次級處于續(xù)流階段,諧振時由諧振電感釋放能量,使諧振電容電壓下降到零,從而實現(xiàn)ZVS,此時實現(xiàn)ZVS條件為:電感能量必須大于所有參與諧振的電容能量。即 LrIp2/2>(4Coss/3+Cxfmr)×U2in 式中:4Coss/3是考慮MOS管輸出電容非線性等效電容值,Cxfmr是變壓器繞組的分布電容。由上式可見,滯后橋臂實現(xiàn)ZVS主要靠諧振電感儲能,輕載時能量不夠大,因此滯后橋臂不易滿足ZVS條件。 S3、S4實現(xiàn)ZVS開關(guān)時,變壓器處于能量傳遞階段。初級電流IP=-Io/n(n為變壓器變比),初級等效電感Le=Lr+n2LO。所以根據(jù)ZVS條件,電感能量必須大于所有參與諧振的電容能量,應(yīng)有Le(Io/n)2/2>(4Coss/3+Cxfmr)Uin2。由于Le(Io/n)2/2相當大,故即使輕載時超前橋臂也較容易滿足ZVS條件。 6移相全橋PWM控制器 移相全橋PWM控制技術(shù)最關(guān)鍵的是器件的導通相位能在0~180°范圍內(nèi)移動,若控制不好,特別是左橋臂或右橋臂的兩個開關(guān)管同時導通,將導致災(zāi)難性的后果。Unitrode公司生產(chǎn)的UC3875能提供0~100%占空比的控制,并且有必要的保護、譯碼及驅(qū)動功能,有四組驅(qū)動輸出,每組的延時時間可控制,其控制電路如圖4所示。E/A+接固定的2?5V電壓(VREF=5V,R5、R9為10kΩ),作電壓給定信號。E/A-接對應(yīng)的輸出電壓和EA+比較,從而控制OUTA~OUTD的相位,最終控制輸出電壓。C/S+接控制信號(如初級過流信號等),當初級過流時,C/S+大于2?5V,UC3875停止輸出驅(qū)動信號,從而將變換器輸出關(guān)閉,防止了災(zāi)難事故的發(fā)生。驅(qū)動信號由OUTA~OUTD輸出,并經(jīng)TC4420擴流,由驅(qū)動變壓器去驅(qū)動S1~S4MOS管,其延時時間由UC3875的7腳、15腳外接電阻確定,實際的驅(qū)動信號時序如圖5所示。 圖5驅(qū)動信號、變壓器次級信號波形圖 7結(jié)語 (1)換向死區(qū)時間的控制對實現(xiàn)零電壓開關(guān)很重要。 (2)UC3875控制電路的控制部分和輸出驅(qū)動部分供電電源應(yīng)分開,否則移相時將引起頻率變化。 (3)為了在寬范圍內(nèi)實現(xiàn)ZVS,要在變壓器初級串一個諧振電感,但諧振電感不能太大,電感太大會帶來占空比丟失,初級電流較大,導通損耗增大,電感發(fā)熱等問題,并且效率大大降低。 根據(jù)中國電信總局1999年底對所有入網(wǎng)通信電源效率的要求:所有大于1kW的通信電源,其效率(從半載到滿載)應(yīng)大于90%。解決了諧振電感的發(fā)熱損耗問題,也就解決了效率問題。也可采用全橋ZVZCSPWM電路,使超前橋臂實現(xiàn)ZVS,滯后橋臂實現(xiàn)ZCS,便可克服全橋ZVS的缺點,效率可達93%以上。 參考文獻 1 Bill Andreycaf.Phase Shifted Zero Voltage Transition Design Considerations and the UC3875 PWM Controller.Product Applicacation Handbook,1995~ 1996 2張占松,蔡宣山.開關(guān)電源原理與設(shè)計 |
移相全橋ZVS變換器的原理與設(shè)計
- ZVS變換器(5333)
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2021-10-29 06:48:52
資料分享:LLC 諧振變換器的研究
摘要:高頻化、高功率密度和高效率,是 DC/DC 變換器的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的硬開關(guān)變換器限制了開關(guān)頻率和功率密度的提高。移相全橋 PWM ZVS DC/DC 變換器可以實現(xiàn)主開關(guān)管的 ZVS,但滯后
2019-09-28 20:36:43
阻容移相橋觸發(fā)電路是如何實現(xiàn)移相的
阻容移相橋觸發(fā)電路是如何實現(xiàn)移相的?單穩(wěn)態(tài)電路的輸出脈沖寬度取決于什么?什么是電阻測量法?直接耦合放大電路的特點是什么?
2021-08-19 07:54:53
ZVS 移相全橋變換器開關(guān)管等損耗控制策略
ZVS 移相全橋變換器運行時超前橋臂和滯后橋臂開關(guān)管損耗明顯不同,使得大功率變換器散熱器設(shè)計困難,且影響了變換器可靠運行。本文在分析ZVS 移相全橋變換器超前橋臂和滯
2009-04-06 11:53:28
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新型ZVS 軟開關(guān)直流變換器的研究
新型ZVS 軟開關(guān)直流變換器的研究:摘要:綜述了幾種新型的零電壓(ZVS)DC/DC變換器,并分析了變換器的優(yōu)缺點,研究了一種新型MOSFET作為開關(guān)器件的三電平ZVS變換器,并分析了這種
2009-06-19 19:49:33
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300V ZVZCS直流穩(wěn)壓電源設(shè)計
摘要:為克服零電壓開關(guān)(zvs)變換器自身存在的初級環(huán)流較大,以及滯后臂開關(guān)實現(xiàn)ZVS受負載電流限制等缺點.利用零電壓零電流(zvzcs)~橋變換器設(shè)計了一種用于某新型金屬表面
2010-05-27 11:08:30
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電動汽車車載充電機(OBC)與車載DC_DC轉(zhuǎn)換器 3.2 移相全橋ZVS變換器 #硬聲創(chuàng)作季
電源汽車電子車載電子DC轉(zhuǎn)換器ZVS移相全橋充電機充電樁
jf_06209345發(fā)布于 2022-09-13 22:30:47



改進型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器
改進型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器
摘要:介紹了一種能在全負載范圍內(nèi)實現(xiàn)零電壓開關(guān)的改進型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器。在分析
2009-07-11 10:16:59
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電流模式控制倍流整流器ZVS PWM全橋DC-DC變換器的研
電流模式控制倍流整流器ZVS PWM全橋DC-DC變換器的研究
1、引言 傳統(tǒng)的PWM DC/DC 移相全橋零電壓軟開關(guān)(ZVS)變換器利用變壓器的漏感或/和原邊串聯(lián)電感和開關(guān)管
2009-11-10 10:17:34
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零電壓開通(ZVS(PWM DC/DC變換器電路圖
零電壓開通(ZVS(PWM DC/DC變換器電路圖
拓撲結(jié)構(gòu):Buck DC/DC ZVS PWM 變換器。主開關(guān)T1(包含反并聯(lián)二極管D1),輔助二
2010-03-03 15:44:58
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雙向半橋零電壓開關(guān)變換器的研究
文中介紹了雙向半橋零電壓(ZVS)變換器的工作原理和不同時間段的等效電路圖,以及給出了實現(xiàn)軟開關(guān)的條件。并完成了控制電路的設(shè)計,仿真結(jié)果驗證了電路結(jié)構(gòu)和控制方法的正確
2011-09-15 16:53:31
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對稱PWM控制ZVS半橋變換器電路
對稱PWM控制ZVS半橋變換器與傳統(tǒng)半橋電路相比,增加了一個由輔助開關(guān)管和一個二極管組成的支路。
2012-02-23 10:43:34
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零電壓開關(guān)諧振功率變換
題以一個表演結(jié)束。ZVS變換器與它們的比較方波同行,及總結(jié)典型的應(yīng)用。 零電壓開關(guān)綜述最好定義零電壓開關(guān)。常規(guī)方波功率轉(zhuǎn)換在開關(guān)的共振時間開關(guān)轉(zhuǎn)換。在大多數(shù)情況下,它可以方波功率利用恒定的關(guān)閉時間控制,改變轉(zhuǎn)換頻率,或保持時間輸出電
2017-06-09 15:09:25
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零電壓開關(guān)諧振功率變換的應(yīng)用筆記
。本課題最后對ZVS變換器與方波變換器的性能進行了比較,并對典型應(yīng)用進行了總結(jié)。 介紹 諧振、準諧振功率變換技術(shù)提出了替代性解決沖突的方波轉(zhuǎn)換的設(shè)計目標的進展;在高開關(guān)頻率從高電壓源獲取高效運行。目前,傳統(tǒng)的方法目前仍處于生產(chǎn)主流。然而,
2017-06-27 10:51:48
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無源鉗位ZVZCS變換器的關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計方法與仿真驗證
本文結(jié)合光伏并網(wǎng)逆變器的特點介紹了一種無源鉗位的ZVZCS變換器,此變換器較好地實現(xiàn)了超前臂的ZVS、滯后橋臂的ZCS,降低了系統(tǒng)的損耗;且原副邊占空比丟失較傳統(tǒng)的ZVS變換器有所減小
2019-05-09 08:03:00
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全橋移相ZVS控制器LTC3722-X的工作原理與如何實現(xiàn)自適應(yīng)延時控制
隨著全橋移相ZVS技術(shù)的推出,使該技術(shù)在大功率領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。通過引入超前臂和滯后臂的概念,人們提出了 多種實現(xiàn)ZVS的新方法,并得到了廣泛的實際應(yīng)用。但是,全橋移相ZVS變換器仍然存在如下一些缺點:
2020-04-25 17:50:00
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逆變式切割電源的極點配置雙閉環(huán)控制資料詳細說明
switched,PS-FB-ZVS)變換器。首先介紹 PS-FB-ZVS 變換器的小信號模型,然后分析基于極點配置理論的雙閉環(huán)控制系統(tǒng),進行逆變式切割電源的參數(shù)整定,最后通過仿真基金項目:國家
2020-06-08 08:00:00
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改進型移相全橋ZVS DC-DC變換器的特點應(yīng)用及控制電路設(shè)計
傳統(tǒng)的PWM DC/DC 移相全橋零電壓軟開關(guān)(ZVS)變換器利用變壓器的漏感或/和原邊串聯(lián)電感和開關(guān)管的外接或/和寄生電容之間的諧振來實現(xiàn)零電壓軟開關(guān),由于超前橋臂和滯后橋臂實現(xiàn)零電壓軟開關(guān)ZVS
2021-03-09 14:09:00
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ZVS軟開關(guān)推挽直流變換器
ZVS軟開關(guān)推挽直流變換器(通信電源技術(shù)標準及測量)-ZVS軟開關(guān)推挽直流變換器 ? ? ? ? ? ? ?
2021-08-31 09:37:31
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ZVS+PWM全橋三電平直流變換器
ZVS+PWM全橋三電平直流變換器(新型電源技術(shù)的理解)-ZVS+PWM全橋三電平直流變換器? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??
2021-08-31 18:45:04
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具有移相控制的ZVS全橋DC-DC斬波變換器
具有移相控制的ZVS全橋DC-DC斬波變換器(通信電源技術(shù)雜志簡介)-具有移相控制的ZVS全橋DC-DC斬波變換器 ? ? ? ? ??
2021-08-31 18:56:38
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移相ZVS變換器使用MOSFET器件的潛在風險分析
在過去的幾年中,對具有足夠效率來管理大功率的系統(tǒng)的市場需求促使開關(guān)電源設(shè)計人員開發(fā)具有低電損耗的拓撲。帶PWM相移控制全橋變換器是一種非常流行的拓撲結(jié)構(gòu)。它能在大功率下實現(xiàn)高效率,并融合了硬開關(guān)技術(shù)
2022-04-01 16:18:39
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