不對(duì)稱半橋電路研究開題報(bào)告-new

1、不對(duì)稱半橋變換器的研究導(dǎo)師：學(xué)生：一 課題的來(lái)源目的意義，國(guó)內(nèi)外情況和預(yù)測(cè)傳統(tǒng)硬開關(guān)開關(guān)電源的發(fā)展以及遇到的問(wèn)題軟開關(guān)電路的發(fā)展歷程各種軟開關(guān)電路的應(yīng)用及不對(duì)稱半橋的特點(diǎn)國(guó)內(nèi)外的研究情況 傳統(tǒng)硬開關(guān)變換器拋棄了50Hz工頻變壓器，使電源的重量、體積大幅度減小，提高了效率，可輸出高質(zhì)量的直流電。 由于實(shí)際需要，要求DC/DC變換器具有更小的體積、重量，這就要求DC/DC變換器工作在更高的頻率上。在硬開關(guān)工作下，隨著頻率的提高，開關(guān)管損耗成正比上升，電路效率大大降低，嚴(yán)重時(shí)，開通和關(guān)斷瞬間開關(guān)器件的狀態(tài)軌跡超出安全工作區(qū)，影響開關(guān)的可靠性，產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁千擾。 最先在70年代出現(xiàn)了全諧振型變換器，

2、 此類變換器一般采用頻率調(diào)制的方法，對(duì)負(fù)載變化很敏感，諧振元件一直諧振工作，參與能量變換的全過(guò)程。 準(zhǔn)諧振變換器和多諧振變換器出現(xiàn)在80年代中期。這是軟開關(guān)技術(shù)的一次飛躍，諧振元件只參與能量變換的某一個(gè)階段，而不是全程。它也是采用頻率調(diào)制的控制方法。 80年代末出現(xiàn)了零開關(guān)PWM變換器。 每一種基本DCIDC變換電路，都有其適用場(chǎng)合，適宜中功率的變換器有:雙管正激、移相全橋和半橋，采用得最多的是雙管正激和移相全橋兩種拓?fù)洹ｋp管正激是一種典型的硬開關(guān)變換電路，其優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，控制方便，成本較低:其缺點(diǎn)是硬開關(guān)工作，開關(guān)損耗較大，在D小于0.5下工作，輸出紋波較大，總體效率不高，EMI大，如果實(shí)

3、現(xiàn)ZCS, ZVS等，必須外加一些元器件，控制復(fù)雜，成本攀升。 移相全橋是一種典型的軟開關(guān)變換電路，其優(yōu)點(diǎn)有:開關(guān)管在ZVS條件下進(jìn)行，開關(guān)損耗小，控制簡(jiǎn)單，有現(xiàn)成的控制芯片(UC3875, UC3895)，恒頻工作，電壓、電流應(yīng)力小，可以用兩倍開關(guān)頻率的濾波器，EMI小;其缺點(diǎn)有:輕載時(shí)，滯后臂開關(guān)管的ZVS實(shí)現(xiàn)困難，原邊有較大的環(huán)流，增加導(dǎo)通損耗，輸出二極管無(wú)法實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，其開關(guān)損耗較大，頻率過(guò)高，占空比丟失嚴(yán)重，電路和驅(qū)動(dòng)較為復(fù)雜。 不對(duì)稱半橋就是綜合了雙管正激原邊簡(jiǎn)單和移相全橋副邊有利于輸出的變換器拓?fù)?，如果利用開關(guān)管的輸出電容和變壓器的漏感發(fā)生串聯(lián)諧振，使得開關(guān)管兩端電壓降到零，

4、實(shí)現(xiàn)ZVS，就可以大大提高工作頻率和輸出功率。與其它電路相比，不對(duì)稱半橋電路有電路簡(jiǎn)單，原理清晰的特點(diǎn)，是比較合適的中等功率的軟開關(guān) 拓?fù)洹?目前，對(duì)不對(duì)稱半橋進(jìn)行研究的國(guó)家和地區(qū)主要有美國(guó)、俄羅斯、日本、加拿大和臺(tái)灣等。在我國(guó)進(jìn)行這方面研究的主要有浙江大學(xué)。國(guó)外對(duì)它研究較深入，涉及到不對(duì)稱半橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的改進(jìn)、穩(wěn)態(tài)分析、暫態(tài)分析、小信號(hào)模型、通用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理等。 涉及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有變壓器二次側(cè)優(yōu)化，加飽和電感，雙變壓器，電流倍流整流器，集成變壓器，集成電感、電容和變壓器等各種形式。二預(yù)計(jì)需達(dá)到的要求、技術(shù)指標(biāo) 1.輸入48V，輸出15V，功率500W。無(wú)論是輸入電壓出現(xiàn)波動(dòng)還是負(fù)載發(fā)生變化，都

5、要達(dá)到一定的電壓穩(wěn)態(tài)精度，靜態(tài)時(shí)一般為2%。 2正常工作條件下能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)運(yùn)行。 3具有短路、過(guò)載、過(guò)電壓、欠電壓等保護(hù)功能。 技術(shù)方案 在普通半橋電路中，上下橋臂開關(guān)信號(hào)是對(duì)稱的，靠占空比來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，一般情況下占空比不可能是0.5，這樣兩開關(guān)開通信號(hào)有一個(gè)比較大的間隙，在此期間變壓器原邊的電流為零，漏感能量消耗在緩沖電路上，由于兩開關(guān)管工作不能銜接很難實(shí)現(xiàn)軟開關(guān) 不對(duì)稱半橋中，兩個(gè)主開關(guān)管上加的不是對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而是互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即一個(gè)占空比為D和一個(gè)占空比為1-D的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的銜接，以便實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。此時(shí)電容上電壓不再是輸入直流電壓的二分之一，而是根據(jù)占空比的變化而變

6、化。對(duì)于不對(duì)稱半橋DC/DC變換器，:主開關(guān)為兩個(gè)互補(bǔ)控制的功率MOSFET （ 和 ）, 兩管占空比分別為D和1 -D, , 分別為 和 的體二極管，諧振電容 和 是 和 的寄生電容，隔直電容 作為開 關(guān)管 導(dǎo)通時(shí)的電壓源 ，帶中間抽頭變壓器T原邊 匝數(shù)為 ，副邊匝數(shù)為 和 ，采用全波整流，用超快恢復(fù)二極管 和 ，輸出濾波電感 ,輸出濾波電容 和負(fù)載R。先假設(shè)開關(guān)器件為理想器件，不考慮死區(qū)時(shí)間，主電容當(dāng)作足夠大，當(dāng)上橋臂開關(guān)開通時(shí)，輸入電壓和電容的電壓之差加在原邊繞組上，二極管 開通，下橋臂開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，加在原邊繞組上的電壓即為電容上的電壓，此時(shí)二極管 導(dǎo)通。 電容 上的電壓 ，假設(shè)在連續(xù)導(dǎo)通

7、模式下工作，輸出濾波電感上平均電壓為零： 當(dāng) 時(shí)，輸出電壓取最大值，減小上橋臂開關(guān)占空比就能減小輸出電壓。 軟開關(guān)過(guò)程分析：當(dāng)上橋臂開關(guān)快速關(guān)段時(shí)，由于并聯(lián)電容的作用，開關(guān)是軟關(guān)斷的，副邊由于濾波電感的作用，電流幾乎不變，在A點(diǎn)電壓小于主電容上電壓時(shí)，副邊繞組短路，依靠漏感的作用，原邊電流維持原方向，使下橋臂開關(guān)管兩側(cè)電壓降到零，寄生二極管導(dǎo)通，下開關(guān)此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軟開通。后續(xù)狀態(tài)類似，不作分析。 預(yù)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵和解決方法 通過(guò)分析可以知道：要實(shí)現(xiàn)下橋臂二極管導(dǎo)通，原邊電壓為零時(shí)，由于副邊相當(dāng)與短路不參與能量傳遞，必須使漏感能量大于能實(shí)現(xiàn)下橋臂二極管開通所需要的能量，得出以下結(jié)論 當(dāng)輸入電壓低，

8、負(fù)載電流大有助于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)條件。 增加特征阻抗，即增加漏感，減小電容，有助于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)條件。 當(dāng)時(shí)，開關(guān)管下橋臂開關(guān)管容易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，時(shí)，上橋臂容易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，當(dāng)占空比接近0.5時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。 由于輸入電壓不能人為設(shè)定，電容一般是開關(guān)管的寄生電容也不能改變，為了實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)運(yùn)行，只能靠增加電感。電感增加到一定程度時(shí)，很方便實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但是帶來(lái)的問(wèn)題是占空比損失，效率降低，解決的辦法為： 1原邊增加飽和電感 在上橋臂開關(guān)管開通時(shí)，飽和電抗通過(guò)正 向電流并處在飽和狀態(tài)，在上開關(guān)管關(guān)斷后電流降到很小時(shí)，飽和電感退出飽和，相當(dāng)于一個(gè)普通電感的作用使得電流繼續(xù)原方向以保證下開關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，這 種

9、電 路拓?fù)渚哂熊涢_關(guān)范圍寬、占空比損失小、減小了主回路中的通態(tài)損耗等優(yōu)點(diǎn)，但這種電路也存在如下幾個(gè)缺點(diǎn):材料的選擇是比較困難，高頻工作時(shí)損耗很大，材料不合適時(shí)飽和電感嚴(yán)重發(fā)熱 。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)輸入電壓波動(dòng) 較大時(shí)，飽和電感必須由最高輸入電壓來(lái)決定，那么，在低輸入電壓時(shí)，副邊的占空比損失較多，輸入電壓越低，占空比損失越多。 2副邊加輔助開關(guān) 由于在原邊直接增加了比較大的電感，比較容易使下橋臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)軟開通，此時(shí)為了減小占空比損失，就應(yīng)阻止電流繼續(xù)流動(dòng)，使的電流反向，使的電路正常輸出。只需要在下橋臂開關(guān)管軟開通的同時(shí)開通副邊開關(guān)，由于電容上電壓的作用副邊電流很快歸零，原邊電流也很快到零，此時(shí)關(guān)斷開關(guān)，即可正常輸出電壓。上橋臂軟開通后是同樣的過(guò)程。 此電路加入了有源器件，控制變的復(fù)雜，成本增加，輔助開關(guān)管在硬開關(guān)狀態(tài)下運(yùn)行，其損耗不可忽略。但是此電路的優(yōu)點(diǎn)是能夠在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，占空比損失小。綜合考慮，選用副邊加輔助開關(guān)管的辦法。 直流偏磁問(wèn)題：原邊由于有隔直電容的作用不會(huì)產(chǎn)生直流偏磁的問(wèn)題，但是副邊由于是不上下橋臂不對(duì)稱導(dǎo)通，可以產(chǎn)生直流分量，消除影響，可以 1合理設(shè)計(jì)鐵心的氣隙，使的鐵心難以飽和。 2 副邊采用不對(duì)稱繞組，讓導(dǎo)通時(shí)間短的一個(gè)繞組長(zhǎng)的繞組有更少的匝數(shù)，使得兩個(gè)方向上磁平衡，并且保證在典型狀態(tài)下是沒(méi)有偏磁的。 謝謝！人有了知識(shí)，就會(huì)具