不对称半桥变换器的研究

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1、不对称半桥变换器的研究

2、第1内容显示中Np，副边匝数分别为Ns1和Ns2。半桥全波整流二级管D1和D2。输出滤波电感L，电容Cf和负载RL。500)this.style.ouseg(this)">图1不对称半桥主电路图电路的稳态工作原理为：1）当S1导通时，变压器原边承受正向电压，副边NS1工作，二极管D1导通，开关S2，二极管D2截止；2）当S2导通时，隔直电容Cb加在变压器的原边，副边NS2工作，开关S1，二极管D1截止。理想的工作波形见图2。其中n1=Np/NS1，n2=Np/NS2，且n1=n2=n。通过

3、对电路的稳态分析，可以得到以下的一些公式。500)this.style.ouseg(this)">图2不对称半桥的理想波形由于变压器的伏秒平衡，电压的直流分量都加在隔直电容Cb上Vcb=DVin（1）从输出滤波电感的磁平衡，可推导出输出电压Vo=500)this.style.ouseg(this)">（2）2.2开关的ZVS过程分析下面分3个工作模式来分析开关S2的ZVS过程。理想的工作波形见图3。500)this.style.ouseg(this)">图3不对称半桥开关S2的ZVS过程的波形1）开关模式1（t0

4、～t1）在t0时刻，S1关断，S1的寄生电容CS1被线性充电，S2的寄生电容CS2线性放电。变压器副边D1续流。此阶段在t1时刻vA=Vcb结束。2）开关模式2（t1～t2）t=t1时，变压器原边电压变为负，电容CS1、CS2和漏感Lk发生串联谐振。vA(t)=Vcb－Ip1Znsinωk(t－t1)（3）ip(t)=Ip1cosωk(t－t1)（4）式中：Ip1为t1时的变压器原边电流；Zn为特征阻抗，Zn=500)this.style.ouseg(this)">；ωk为谐振角频率ωk=500)this.sty

5、le.ouseg(this)">；C=CS1=CS2。由于负压加在Lk上，漏感电流Ip开始减小。副边为了保持输出电流Io不变，整流二级管D1和D2一起导通，变压器副边等效短路，变压器原边电压全部加在漏感上。3）开关模式3（t2～t4）在t=t2时，vA=0时，S2的体二极管DS2开始导通，为S2创造了零电压开通的条件。这时一个恒定的电压Vcb加在Lk上，变压器原边电流ip线性下降，在t=t3时，ip过零，并反向增大，二极管D1和D2继续共同导通。S2必须在t2～t3之间导通，否则将失去零电压开通条件。所以要适当设

6、计开关脉冲之间的死区时间（ta－t0）。通过对不对称半桥开关S2的开通瞬态分析可知，要使开关能够实现ZVS开通，必须满足以下两个条件。（1）在S2开通时，S2两端的电压（即vA）必须小于零且ip仍为正向，也就是说，电路要有一定的负载电流，由式（3）可得ip1>500)this.style.ouseg(this)">（5）从而得出特征阻抗要满足的条件为Zn>500)this.style.ouseg(this)">（6）（2）两个开关脉冲之间要保证适当的死区时间，使得S2在其电压过零时开通。也就是要满足t

7、2－t0<ta－t0<t3－t0，其中t2－t0=C500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">＋arcsin500)this.style.ouseg(this)">（7）t3－t0=(t2－t0)＋Lk500)this.style.ouseg(this)">（8）S1的零电压开通过程同S2类似。当S2关断，S1准备开通时，ip给CS2充电，而CS1放电。Lk，CS1，CS2组成串联谐振电路。当CS1上的电压放到零时，S1的体二极管D

8、S1开通，这时开通S1，就实现了S1的ZVS开通。3实验结果根据以上的分析，设计了一个频率为100kHz的电路。输入电压为40～60V，输出电压为12V，输出电流为6A。原边开关选用STP75NE75，D1选用STP10H100CT，D2选用STP30L60CT。功率变压器选用EER28骨架，Np=10匝，NS1=NS2=6匝。实验所得的S1、S2的漏源极电压波形与漏极电流波形见图4。从图4中可以看出，S1和S2都实现了ZVS。500)this.style.ouseg(this)">(b)Vin=60V500)t

9、his.style.ouseg(this)">(a)Vin=40V500)this.style.ouseg(this)">(d)Vin=60V500)this.style.ouseg(this)">(c)Vin=40V图4在不同输入电压时的实验波形4不对称半桥的改进对图1的稳态分析还可以得出输出二级管关断时承受的反向电压VD1=500)this.style.ouseg(t