全桥及推挽拓扑分析

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1、Full bridge topology隔离型的大功率DC–DC拓扑FullbridgetopologyanalysisFullbridge电路是一种隔离型电路,典型的DC-AC变换topology。在UPS中常用于大功率DC-DC变换的中间环节。此电路具有的优点为:对相同的输出功率而言,此topology中的变压器结构相对简单,体积较小(因变压器的初,次级只需用一组线圈,无需抽头)。但此电路的MOSFET较多,且上下管驱动线路必须隔离,因此电路稍嫌复杂,成本相对较高。该电路存在着两种工作模式,一种为电流连续模式,另一种为电流断续模式.一、工作

2、原理:此topology中互为对角的两个MOSFET同时导通,同一侧半桥上下的两个MOSFET交替导通,输入的直流电压逆变为幅值同输入电压相同的交流电压,加在变压器一次侧线圈W1,再通过变压器传递能量到二次侧线圈W2,线圈W2上的交流电压经过四个Fullbridgetopologyanalysis二极管全桥整流为直流电压,直流电压再经电感L和电容C滤波输出。二、电路的传输特性(连续模式)(设变压器1PIN和5PIN为同名端)1、当MOSFETQ1,Q3导通时,此时MOSFETQ2,Q4截止.输入电能经Q1,Q3对变压器一次侧线圈W1充电,线圈W

3、1电流增长。由于变压器能量传递,在二次侧线圈W2产生相应的电能,W2产生的电能经D2,D4,滤波电容C和RLOAD再对电感L充电,电感L电流增长。2、当MOSFETQ1,Q3进入截止状态,MOSFETQ2,Q4仍处于截止时,变压器线圈W1此时无电流通过,电流为零。电感L上的电流由于不能突变,因此电感L仍然通过D1,D2。D3,D4续流。每个二极管流过的电流刚好是电感电流的一半。电感L上的电流逐渐减小.假若电路在理想工作状态下,二极管压降忽略,变压器为理想变压器,电感L释放的能量和储存的能量相同,根据伏特-秒原理,故有:(Vin*W2/W1-Vo

4、)*ton1=Vo*ts1------(1)3、MOSFETQ1,Q3处于截止状态,MOSFETQ2,Q4导通时,输入电能经Q2,Q4对变压器一次侧线圈W1充电,线圈W1电流增长。由于变压器能量传递,Fullbridgetopologyanalysis在二次侧线圈W2产生相应的电能,W2产生的电能经D1,D3,滤波电容C和RLOAD再对电感L充电,电感L电流增长。4、MOSFETQ1,Q3处于截止状态,MOSFETQ2,Q4再次进入截止时,变压器线圈W1此时无电流通过,电流为零。电感L上的电流由于不能突变,因此电感L仍然通过D1,D2,D3,D

5、4续流。电感L上的电流逐渐减小。同样,由于电感L释放的能量和储存的能量相同,根据伏特-秒原理,故有:(Vin*W2/W1-Vo)*ton2=Vo*ts2------(2)Fullbridgetopologyanalysis将(1)式+(2)式,有:(Vin*W2/W1-Vo)*(ton1+ton2)=Vo*(ts1+ts2)因:T=ton1+ton2+ts1+ts2,D=(ton1+ton2)/T因MOSFETQ1,Q3与Q2,Q4导通时间对称,则输出电压有:Vo=Vin*D*W2/W1每个二极管承受的反向电压为次级线圈W2的电压:Ur=Vin

6、*W2/W1=Vo/D.为避免上下臂MOSFET同时导通而造成短路损坏MOSFET,每个MOSFET的DUTY不应超过50%,且留有裕量.三、电路的传输特性(断续模式)对于断续模式,电路在一个开关周期内相继经历六个时段,其分别为:1、MOSFETQ1,Q3导通时段(ton1),W2产生的电能经D2,D4,滤波电容C和RFullbridgetopologyanalysisLOAD再对电感L充电,电感L电流增长。2、MOSFETQ1,Q2,Q3,Q4均处于截止状态,线圈W1中的电流为零,电感L通过二极管D1,D2,D3,D4续流时段(ts1),电感

7、L的电流逐渐下降,并降到为零.3、MOSFETQ1,Q2,Q3,Q4仍处于截止状态,电感电流保持为零时段(ts2),此时,电容C向RLOAD充电.4、MOSFETQ2,Q4导通时段(ton2),W2产生的电能经D1,D3,滤波电容C和RLOAD再对电感L充电,电感L电流增长。5、MOSFETQ1,Q2,Q3,Q4均处于截止状态,电感L通过二极管D1,D2,D3,D4续流时段(ts3),电感L的电流逐渐下降,并降到为零.6、MOSFETQ1,Q2,Q3,Q4仍处于截止状态,电感电流保持为零时段(ts4),此时,电容C向RLOAD充电,并等待下一个

8、周期导通.故电路在一个开关周期内:T=ton1+ton2+ts1+ts2+ts3+ts4,D=(ton1+ton2)/T.因此,电路处于连续和断续的临

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