不对称半桥反激变换器的设计VIP免费

不对称半桥反激变换器的设计作者：廖鸿飞梁奇峰熊宇来源：《现代电子技术》2015年第14期图1不对称半桥反激变换器的结构图即Qi实现ZVS的条件为:(2)摘要：为了提高充电器效率和简化电路结构，采用不对称半桥反激式变换器作为锂电池充电器的主电路，详细分析不对称半桥反激变换器的工作原理和软开关条件，给出主电路参数之间的关系式，并利用关系式设计150W样机进行实验验证；实验结果表明，所有功率器件均实现了软开关。采用不对称半桥反激变换器设计的锂电池充电器具有结构简单，效率高，电磁干扰小的优点。关键词：不对称半桥；反激变换器；ZVS；软开关条件中图分类号：TN720-34文献标识码：A文章编号：1004-373X（2015）14-0149-030引言传统的反激变换器由于结构简单，成本低等特点在充电器设计中得到了广泛应用，然而由于反激变换器的开关元件工作在硬开关状态，效率低，EMI干扰大［1］,因此不适合于大功率场合的应用。不对称半桥变换器是一种新型的软开关变换器，效率高，EMI干扰小，但是结构较为复杂，并且变压器容易出现偏磁而导致损坏。不对称半桥反激变换器结合了反激变换器及不对称半桥的优点，利用变压器的漏感与隔值电容的谐振，使得原边开关管实现了ZVS,副边二极管工作于ZCS状态，因此开关损耗和EMI干扰得到了大幅度的减小，并且由于变压器工作于反激状态，克服了不对称半桥变换器偏磁的缺点，使得不对称半桥反激变换器受到了学者的关注。本文对不对称半桥反激的工作原理及参数设计进行了详细分析，并设计了150W的实验样机，对不对称半桥反激变换器的参数设计及性能进行了验证。1不对称反激半桥变换器的工作原理分析1.1变换器工作模态分析不对称半桥反激变换器的结构图⑵如图1所示，该图中Vin为直流输入电压；开关管Q1和Q2为变换器中半桥结构的2个开关管，Q1，Q2为互补驱动，DS1和DS2分别为开关管Q1和Q2的体二极管；CS1和CS2为开关管Q1和Q2的寄生电容；Cr为隔直电容；Lm为励磁电感，Lr为变压器漏感，变压器的变比为n；输出端D为副边整流二极管，C为输出滤波电容，R为负载。图1不对称半桥反激变换器的结构图不对称半桥反激变换器的工作波形如图2所示，在一个开关周期中，不对称半桥反激变换器有6种状态［3］。图2不对称半桥反激变换器的工作波形状态1（to〜tl）:当t=to时，变换器上管Q1导通，Q2断开，Q2的D-S间电压为Vin,变压器原边电压为正，副边二极管反偏截止；此时Lr和Lm串联，在输入电压作用下，电流线性上升，变压器存储磁场能量。输出滤波电容向负载提供能量。状态2（tl〜t2）:当t=t1时，Q1关断，由于ir为正，此时，ir将给Q1的寄生电容Cs1充电，给Q2的寄生电容Cs2放电，使得Q1的D-S间电压Vds1线性上升，Q2的D-S间电压Vds2线性下降。当t=t2时，Vds2下降到零。状态3（t2〜t3）:当t=t2时，Vds2下降到零，而ir为正，因此，Q2的寄生二极管Ds2导通，此时若施加驱动信号于Q2的栅极，Q2将实现零电压开通，即ZVS。当Vds2下降到零，变压器激磁电感两端电压将反向，副边二极管D将正偏导通，Lm两端的电压将箝位在nVo。变压器的漏感Lr与隔值电容Cr发生谐振，存储在励磁电感中的能量将向副边传递，由于副边电流的存在，原边电流ir与励磁电感电流im不相等。状态4（t3〜t4）:当t=t3时，施加驱动信号于Q2的栅极，Q2零电压开通，原边漏感Lr与Cr谐振，输出电路维持导通，输出电流iD开始增加。状态5（t4〜t5）:当t=t4时，Q2关断，为了防止Q1，Q2同时导通，Q1，Q2同时保持关断。初级电流ir给开关管Q1的，初级电流ir给开关管Q1的反并联电容CS1放电，同时给开关管Q2的寄生电容CS2充电，变压器初级电流ir开始正向增大，当t=t5时，Cs1放电完毕，Vds1下降到零。状态6（t5〜t6）:当t=t5时，Cs1两端电压下降到零，原边电流ir开始流过Q1的寄生二极管Ds1。同时原边电流ir近似线性增加，当t=t6时，给Q1栅极施加驱动信号，Q1导通，此时Q1为零电压导通。当t=t6时，励磁电感电流im与漏感电流ir相等，副边二极管D内电流为零时自然关断，即实现了ZCS。1.2软开关条件分析1.2.1Q1的ZVS条件由状态5和状态6的分析可知，要使得Q1实现ZVS，Lr必须有足够的能量，使得Q1寄生电容Cs1两端的电压从Vin被放电至零，...