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　　摘要: 介绍了一族桥式混合DCDC变换器的拓扑结构,并以其中一种为例分析工作原理,验证了该族变换器具有高效率高功率密度低电磁干扰,在全负载范围内实现软开关,

　　介绍了一族桥式混合DCDC变换器的拓扑结构,并以其中一种为例分析工作原验证了该族变换器具有高效率高功率密度低电磁干扰,在全负载范围内实现软开关,一族新颖的桥式混合DCDC变换器doc世纪电源网-电源行业门户-资讯摘要:介绍了一族桥式混合DCDC变换器的拓扑结构,并以其中一种为例分析工作原理,验证了该族变换器具有高效率高功率密度低电磁干扰,在全负载范围内实现软开关,及较好的动态特性等优点关键词:混合式DCDC变换器;软开关;功率密度;电磁干扰引言电力电子技术的发展对电源的要求越来越高,高效;高功率密度;低电磁干扰;良好的电气性能;小型轻量已成为现代电源的发展趋势在中大功率应用中,通常采用传统的全桥或半桥拓扑,但在功率管关断期间,变压器不再为副边提供能量,同等情况下对输出滤波电容和滤波电感要求较高本文提出的混合式DCDC变换器,通过全桥和半桥的组合,并且施以一定的控制策略,使变换器在功率管关断期间,继续给负载提供部分能量,从而减小对输出滤波器件的要求滤波器件要求的减低又可以提高系统动态特性并且由于该类变换器改进后的优越结构,而能够从空载到满载范围内实现软开关,并具有低EMI特性,使得变换器可以工作于较高的开关频率高频开关低滤波元件要求使变换器具有较高的功率密度几种混合式DCDC变换器拓扑结构混合式DCDC变换器通过全桥和半桥适当的组合而形成一族新颖的拓扑结构全桥和半桥的组合分为公用和独立混合式DCDC变换器,公用式采用公用的桥臂或者分压电容,因而公用的桥臂比独立式电流应力大,但是电路结构一旦固定,在变压器副边只能得到相加或相减的波形,而独立混合式DCDC变换器通过对开关管的导通顺序的控制,可以在变压器副边得到相加和相减的波形,并可以减少开关管的数11公用桥臂半桥全桥混合式DCDC变换器图所示的是公用桥臂式半桥全桥混合式DCDC变换器主电路拓扑,可以看出S1;S3同属于全桥和半桥变换器,个开关管采用例如UC3875这样的移相控制信号,在变压器T1原副边即得到纯方波电压波形,而在变压器T2上由于输入及负载变化,而得到是类似ZVSPWM全桥移相变换器的波形这样经整流后形成多阶梯的阶梯波形12公用桥臂双全桥混合式DCDC变换器所示为公用桥臂双全桥混合式DCDC变换器主电路拓扑S1和S3是两个全桥公用的管子,对右边全桥可以采用UC3875控制芯片控制,同时使得S5跟踪S3的驱动信号,S6跟踪S1的驱动信号,这样在整流后同样得到2阶梯的电压波形13公用分压电容式半桥半桥混合式DCDC变换器所示为半桥并联混合式DCDC变换器的主电路只开关管采用诸如UC3875控制芯片控制,从而使变压器次级叠加后电压波形有加有减,相加时为2倍副边电压,相减时为0电平,从而得到与移相全桥相似的副边电压波形若变压器T1和T2的变比不同,则可产生四阶梯波形,从而降低了输出高频分量此变换器的最大特点就在于用两个半桥去模拟全桥14独立桥臂式半桥全桥混合式DCDC变换器所示为独立桥臂式半桥全桥混合式DCDC变换器主电路拓扑,6只开关管承受独立的电流应力对右边全桥部分采用诸如UC3875的控制芯片控制,通过反馈控制让S5或是S6跟踪S1的驱动信号,这样在变压器副边就会得到相加和相减的电压波形,该变换器特别适合输入输出电压变化范围较大的场合15独立桥臂式双全桥混合式DCDC变换器所示独立桥臂式双全桥混合式DCDC变换器主电路拓扑该变换器的特点是:当点所在桥臂驱动信号时就可以得到T1和T2变压器电压相加的波点所在桥臂跟踪驱动信号B接点所在桥臂驱动信号时就可以得到T1和T2变压器电压相减的波形新颖变换器的优势分析21减小对滤波器件的要求在传统的移相全桥变换器中,输出滤波电感主要是限制高频纹波电流波峰峰值在为以下,对于传统的移相全桥变换器滤波电感值是对于这类新颖的变换器结构,同样也是将高频纹波电流波峰峰值限制在以下,滤波电感大小由式2确定式中:n1为T1比较式1和式2可知,在同样指标情况下,显然混合式DCDC变换器比传统的移相全桥变换器的滤波要求低很多,如图6所示小的输出滤波电感不仅仅减小变换器体积和成本,重要的是可以得到更好的动态特性22软开关特性所示的公用桥臂式半桥全桥混合式DCDC变换器为例,分析混合式DCDC变换器的软开关特性如图7所示阶段1[t0~t1]此时S1和S4导通,变压器T1和T2一起向负载传送能量此时变压器T1和T2的电流分别为A-T1-CT1和T2的磁化电流逐渐增大,由于T2的磁化电流很小,T2原边电流主要反映负载电流,变化缓慢阶段2[t1~t2]此时S4关断,由于开关管的寄生电容或者并联电容,所以S4是零电压关断仅仅依靠变压器T1向负载传送能量此时变压器T1的原边电流继续增大,从负载反射回T2原边的电流也基本不变在此时间内,从负载反射回T2原边的电流参与T2与C2C4的谐振,当C2电压等于0时,与S2并联的D2零电压开通创造条件,在t2时刻S2零电压开通阶段3[t2~t3]S2开通后,S1继续开通,T1继续为负载提供能量,T1磁化电流继续增大,所以流过T2的电流继续通过S1D2续流,电流基本不变阶段4[t3~t4]t3时刻S1关断,此后变压器T1与C1C3产生谐振,C3电压谐振到0时,通过D3进行续流,为S3零电压开通创造条件该阶段变压器副边开始换相,D5尧D6同时导通,负载电流不能反射到变压器原边,只有变压器的磁化电流参与谐振,同时该阶段的续流向电源馈电,因此L1中的电流下降较快但该阶段时间仅为上下桥臂的逻辑延时时间,因此,要保证在S3开通前L1中的电流不下降需要略加大变压器T1的磁化电流阶段5[t4~t5]t4时刻,S3零电压开通变压器T1T2开始承受反相电压,T1T2副边完成电流换相后为负载提供能量,在此期间S2S3阶段6[t5~t6]t5时刻,S2关断,同样由于有电容C2,所以S2是零电压关断此时T1磁化电流继续反方向增大,从负载反射回T2流也基本不变在此时间内,从负载反射回T2原边的电流参与T2与C2尧C4的谐振,当C4上电压等于0后通过D4时刻S4零电压开通阶段7[t6~t7]t6时刻S4开通,S3继续开通,变压器T1的磁化电流继续反相增大,负载电流反射到变压器T2原边的电流继续通过D4S3续流,电流基本不变阶段8[t7~t8]t7时刻S3关断,此时C3充电C1放电,当C1上电压为时,此时通过D1时刻S1零电压开通创造条件,该阶 段其它分析同阶段4 以上分析表明,超前桥臂的开关管S2S4 原PWM电路相同,由于负载电流参与谐振,且续流时间较短,从轻载 到满载均可以实现零电压开通 而滞后桥臂利用变压器 T1 C1C3产生谐振,虽然负载电流不参与谐振,但由于续流时间较短, 只要略加大变压器T1 的磁化电流或漏感,就可以实现滞后桥臂S1 S3的零电压开通 实验结果图8b所示为重载时混合式DCDC 变换器原边的电压电流波形 半桥部分变压器原边的电压上边电流下边波形图8 中可以看出电压 波形为满占空比的方波,与分析相同;对于滞后桥臂,在上管或下管关断后,T1 原边电流通过下管或上管反并联的二极管续流,下管或上 管开通时,电流尚未下降到零,表明下管或上管是零电压开通 结语良好的电气性能, 小型轻量已成为现代电源的发展趋势在中大功率应用中,通常采用传统的全桥或半桥拓扑, 但对输出滤波电容和滤波电 感要求较高 本文所提出的新颖的桥式混和变换器就可以很好地解决这个问题 通过对电路拓扑的分析, 可以看出该族改进的变换器相 对于传统的全桥移相变换器,具有高效率高功率密度低电磁干扰等特性, 并且在全负载范围内均能实现软开关,有着较好的动态特性 颖的桥式混合DC DC变 世纪电源网-电源行业门户- 资讯 捂摘要:介绍了一族桥式混合DC C变换器的拓扑结构, 并以其中一种为例分析工作原理, 验证了该族变 换器具有高效率 高功率密度 低电磁干扰, 在全负载范围内实现软开关,