移相全桥变换器的建模与仿真
移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计
移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计摘要：小信号建模分析是移相全桥ZVS变换器理论研究的重要部分，利用小信号建模分析可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统，建立符合设计要求的物理模型。
本文小信号模型基于Buck 变换器电路的开环小信号模型，利用状态空间平均法原理，搭建出峰值电流控制的闭环小信号模型。
这就需要先构分析研究Buck变换器开环小信号模型建立方法，在完成以上理论研究并搭建出闭环小信号模型基础上，为后续设计数字控制器打好基础。
关键词：状态空间平均法 BUCK变换器小信号建模一、引言性能良好的控制器是开关电源所必需的，需要建立闭环小信号模型从而完成控制器的设计。
在研究一个典型变换器系统时，当输入电压或负载发生变化时，我们常希望通过闭环反馈控制系统，来调节变换器的开关管通断时间，并且要采取相应措施来抑制输入电压、负载变化等对变换器输出参数的影响，提高系统稳定性输出精度，保持变换器系统输出电压恒定，具备较好的静态性能，并使系统的超调量、调节时间等动态性能满足设计要求。
因此，变换器作为闭环控制系统，其静态、动态性能是否满足要求，与反馈控制的设计好坏密切相关。
由于开关管、整流二极管这些非线性器件移相全桥ZVS变换器中得到了大量使用，因此移相全桥ZVS变换器是一个典型的非线性系统，较为复杂。
因此我们寻求一种高效的数学的方法，简化复杂的物理模型，从而得到一种较好理解和分析研究的数学模型，即小信号模型。
二、状态空间平均法原理分析在电路系统中，各状态变量的小信号扰动量的关系，随着系统处于某稳态工作点附近时，可以近似看做为线性特性，因此利用小信号建模分析就可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统，建立符合本文设计要求和较容易分析研究的物理模型。
[1]在简化物理模型后，电路系统中各控制量对输出电压的传递函数就可以建立起来了，之后对控制器的设计就可以利用经典控制理论来完成了。
本文采用常见且应用成熟的小信号建模方法：状态空间平均法。
移相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计
移相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计摘要：阐述了零电压开关技术(ZVS)在移相全桥变换器电路中的应用。
分析了电路原理和各工作模态，给出了实验结果。
着重分析了主开关管和辅助开关管的零电压开通和关断的过程厦实现条件。
并且提出了相关的应用领域和今后的发展方向。
关键词：零电压开关技术；移相控制；谐振变换器0 引言上世纪60年代开始起步的DC／DC PWM功率变换技术出现了很大的发展。
但由于其通常采用调频稳压控制方式，使得软开关的范围受到限制，且其设计复杂，不利于输出滤波器的优化设计。
因此，在上世纪80年代初，文献提出了移相控制和谐振变换器相结合的思想，开关频率固定，仅调节开关之间的相角，就可以实现稳压，这样很好地解决了单纯谐振变换器调频控制的缺点。
本文选择了全桥移相控制ZVS-PWM谐振电路拓扑，在分析了电路原理和各工作模态的基础上，设计了输出功率为200W的DC／DC变换器。
1 电路原理和各工作模态分析1．1 电路原理图1所示为移相控制全桥ZVS—PWM谐振变换器电路拓扑。
Vin为输入直流电压。
Si(i=1．2．3，4)为第i个参数相同的功率MOS开关管。
Di和Gi(i=l，2，3，4)为相应的体二极管和输出结电容，功率开关管的输出结电容和输出变压器的漏电感Lr作为谐振元件，使4个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。
S1和S3构成超前臂，S2和S4构成滞后臂。
为了防止桥臂直通短路，S1和S3，S2和S4之间人为地加入了死区时间△t，它是根据开通延时和关断不延时原则来设置同一桥臂死区时间。
S1和S4，S2和S3之间的驱动信号存在移相角α，通过调节α角的大小，可调节输出电压的大小，实现稳压控制。
Lf和Cf构成倒L型低通滤波电路。
图2为全桥零电压开关PWM变换器在一个开关周期内4个主开关管的驱动信号、两桥臂中点电压VAB、变压器副边电压V0以及变压器原边下面对电路各工作模态进行分析，分析时时假设：(1)所有功率开关管均为理想，忽视正向压降电压和开关时时间；(2)4个开关管的输出结电容相等，即Ci=Cs，i=1，2，3，4，Cs为常数；(3)忽略变压器绕组及线路中的寄生电阻；(4)滤波电感足够大。
移相全桥各模态分析
移相控制DC/DC 变换器开关状态分析移相全桥变换器在一个工作周期间一共有12个开关模态，进行如下假设： (1)四个开关管和两个二极管都是理想器件； (2)电路中的电感、电容和变压器都是理想器件； (3)==，；(4)f L ,n 是变压器原副边匝比。
下面我们详细分析一下变换器的工作模态，假设每个时间段的起始时刻均为t=0。
各开关状态的工作情况叙述如下:（1）、开关模态0[0t ]：在0t 时刻对应图2.6（a ）。
1Q 和4Q 同时导通，功率传送阶段，输入功率经变压器向负载传送，此时/p o i I n =。
副边二极管1D 流过全部负载电流o I ，ab U E =。
(2)、开关模态1[01~t t ]：在01~t t 时刻对应图2.6（b ）。
在时刻关断1Q ，原边电流p i ，从1Q 中转移到C1和C3中的支路中，给C1充电，给C3放电。
因为有C1和C3，所以1Q 是零电压关断。
在这段时间里r L 和f L 是串联的，而且f L 很大，原边电流近似不变。
电容C1上的电压上升，电容C3上的下降。
（a ） （b ）（c ） （d ）1C 2C lead C 24log C C C ==2r L n ≥0tDCRlD2RlDCRlDC（e ）（f ）（g ）图2.6移相全桥变换器各模态图p i 和C1、C3的电压表达式分别为:01()()p p i t I t I ==（2.1）（2.2）（2.3）在时刻，C3的电压下降到零，3Q 的反并联二极管3VD 自然导通，开关模1已结束。
开关模态1结束的时间为：011012lead in C V t t t I =-=（2.4）（3）、开关模态2[21t ~t ]：在21t ~t 时刻，对应于图2.6（c ）。
3VD 导通后使3Q 开通，3Q 为ZVS 开通。
虽然3Q 开通了，但没有电流通过3Q ，原边电流通过3VD 。
由图可见，为实现3Q 的ZVS 开通，1Q 与3Q 间死区时间()d lead t 应大于01t ，即()01d lead t t >(2.5)RlDCRlDCRlDC110()2C leadI v t t C =-1t在21t ~t 期间，p i =K i fL /，ab V =0，rect V =0，t=2t 时，p i =2I 。
移相全桥ZVS PWM DC／DC变换器的仿真分析
移相全桥ＺＶＳＰＷＭＤＣ／ＤＣ变换器的仿真分析作者：龙泽彪施博文来源：《消费导刊·理论版》2008年第17期[摘要]本文首先在研究硬开关的缺陷上，提出软开关技术。
对移相控制ZVS PWM DC/DC 变换器的工作原理进行分析研究的基础上，使用PSpice9.2计算机仿真软件对变换器的主电路进行仿真和分析，验证该新型DC/DC变换器的拓扑结构设计的正确性和可行性。
[关键词]软开关 DC/DC ZVS 移相控制 PSpice9.2作者简介：龙泽彪（1985-），男，湖北仙桃人，贵州大学电气工程学院在读硕士研究生，研究方向：异步电机控制；施博文（1985-），男，贵州大学电气工程学院在读硕士研究生，研究方向：电力电子与电气传动。
一、引言随着新型电力电子器件以及适用于更高频率的电路拓扑和新型控制技术的不断出现，开关电源朝着小型化、高效化、低成本、低电磁干扰、高可靠性、模块化、智能化的方向发展。
硬开关DC/DC变换器在电流连续工作模式下会遇到严重的问题，这一般都与有源开关器件的体内寄生二极管有关，其关断过程中的反向恢复电流产生的电流尖峰对开关器件有极大的危害。
本文在对DC/DC变换器的基本工作原理进行分析、研究的基础上，对已经出现的软开关DC/DC变换器拓扑结构进行分析研究，提出的一种新型的DC/DC变换器的拓扑结构，并进行深入的研究。
二、移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器（Phase-Shifted zero-voltage-switching PWMDC/DC Full-Bridge Converter，PS ZVS PWM DC/DC FB Converter），是利用变压器的漏感或原边串联的电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现开关管的零电压开关，其主电路拓扑结构及主要波形如图1所示。
其中，D1～D4分别是S1～S4的内部寄生二极管，C1～C4分别是S1～S4的寄生电容或外接电容，Lr是谐振电感，它包含了变压器的漏感。
车载移相全桥DC-DC变换器的设计与仿真
车载移相全桥DC-DC变换器的设计与仿真何德威;石春;吴刚【摘要】采用数字控制方式的移相全桥DC-DC变换器具有控制回路结构简单、抗干扰能力强等优点.以车载移相全桥DC-DC变换器为控制对象,在分析其拓扑结构并得到二阶数学模型的基础上,通过频域分析系统的稳定性,并设计数字PID控制器,构成闭环系统.采用Saber-Sirnulink联合仿真的方式指导参数调节,在兼顾仿真系统收敛性的基础上加快仿真速度,缩短PID参数的调整过程;在考虑车载电源对快速性、超调量的要求下,得到满足要求的控制器参数.通过样机试验验证了分析的正确性.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】5页(P75-79)【关键词】数字控制;移相全桥;车载;PID控制;联合仿真;Saber;Simulink【作者】何德威;石春;吴刚【作者单位】中国科学技术大学信息科学技术学院,合肥230026;中国科学技术大学信息科学技术学院,合肥230026;中国科学技术大学信息科学技术学院,合肥230026【正文语种】中文【中图分类】TM46;U463.6近年来，由于环境污染、化石能源短缺等问题日益突出，以电动汽车为代表的新能源汽车受到了人们的关注，且发展迅速，对电动汽车车载电力电子设备的研究也方兴未艾。
针对电动汽车车载高低压直流变换器（DC-DC）的研究则是车载电力电子技术的重点，考虑到电动汽车越来越严苛的能耗要求、车载情况下复杂的电磁环境以及逐渐增加的电附件，对电动汽车车载DC-DC 变换器在效率、抗干扰、大功率等方面提出了越来越高的标准。
移相全桥PSFB（phase-shift full bridge）拓扑，采用外加电感与开关管寄生电容（或并联电容）谐振的方式实现软开关技术，在高频应用时相比全桥拓扑能极大地提高效率，同时能够适用于大功率的应用场合。
而传统PSFB 变换器的控制器往往采用模拟IC 芯片搭配分立元器件来实现功能，相比之下，数字控制系统具有控制回路简洁、抗干扰能力强的优点，并且数字控制芯片兼有实时通讯等接口，能够满足车载环境下实时监控与通讯等需求。
ATRU建模与仿真分析 实验报告模板仿真操作说明 (1)
实验一、ATRU正常工况供电特性仿真实验一、实验目的1．测量ATRU空载时的变压器输出及直流输出电压，观测电压波形，分析验证移相原理。
2.带载状态下，测量ATRU负载时的供电特性曲线，分析滤波前后波形THD大小及区别，并分析原因。
二、预习要点1．ATRU工作原理是什么？在空载实验时应该如何测量电压移相波形？2．做负载供电特性实验时，THD及直流畸变系数的定义是什么？如何测量？三、实验项目1．空载实验自耦变压器移相原理分析。
2．负载供电特性。
3．变压变频输入实验。
四、实验内容及步骤1．空载实验和变压器移相原理仿真分析1）参考仿真操作说明书建立仿真模型，将输入电压幅值设定为115V，频率为400Hz，将幅值和频率固定，电源设置完成，设置仿真时间1s，启动开始仿真。
2）测试并记录变压器输出线电压、整流器输出电压、负载端电压，记录其波形并进行分析。
3）记录整流器并联输出端和输出滤波后的电压波形，改变输出滤波电感和电容值，分析滤波效果。
5）根据自耦变压器变压器输出线电压向量图，选择两个线电压，记录两个线电压波形的时间差，计算出两波形的相位差，验证变压器的移相原理。
图1变压器输出线电压向量图2．负载特性测试1）将输出接上负载，由空载到负载状态，ATRU进入正常工作状态，仿真时间1S；2）选择输出负载，加入5kW、10kW、3kW负载，观察不同负载情况下，输出电压和电流的变化。
记录于表1.表1ATRU负载实验序号1234负载(kW)空载负载电压(V)负载电流(I)3．变压变频实验1）分别将输人电压幅值调整为108V和118V，频率为额定频率400Hz，观察改变输入电压幅值对ATRU输出性能的影响。
2）调节变频电源的幅值固定为额定115V，将输入电压频率调整为350Hz至450HZ观察改变输入电压频率对ATRU输出性能的影响。
五、实验报告1.分析ATRU空载仿真实验电压及电流波形数据，给出自耦变压器输出电压移相波形及电流波形分析。
隔离式移相全桥电路的建模与控制研究
摘要随着电力电子技术的发展，作为电能变换装置的DC-DC变换器的应用越来约广泛，隔离式全桥变换器由于高功率，输入输出电气隔离的优点，应用场合广泛，移相控制使得全桥变换器能够实现ZVS软开关工作，进一步减少的变换器的通态损耗，提高了传输效率，广泛应用于对电能质量有着严格要求的航空航天、电力系统等场合中。
本文首先系统地研究了ZVS全桥变换器地具体工作过程，以半个开关周期为例分析了各开关模态的电流回路和持续时间，研究了在ZVS工作时副边整流侧的二极管换向过程，研究了超前桥臂和滞后桥臂各自实现ZVS的条件。
为了验证ZVS工作过程，在Saber仿真软件中搭建了开环仿真模型对开关管的ZVS工作特性进行了验证。
目前，在采用状态空间平均法对全桥电路建模时通常忽略变压器漏感和输出输出滤波电容的ESR，得到的模型并不能准确反映电路自身特性，本文在此基础上提出了一种改进型的小信号模型，该模型包含变压器漏感，输出电容ESR和变换器工作效率等关键参数，并推导了控制到输出及输出阻抗的传递函数，利用Saber搭建仿真模型对模型准确性进行了验证。
针对移相全桥电路的闭环控制和稳定性进行了研究，对电压控制方式和电流控制方式的原理进行了分析，并研究了闭环系统中补偿器的设计流程。
为了提高控制器的性能，在传统PID控制的基础上研究了模糊自适应PID控制方法在全桥变换器中的应用，根据系统输出电压的偏差和偏差的变化率建立模糊规则，在此基础上设计了模糊自适应PID控制器，从而使得PID控制器参数能够动态调整，系统具有更好的动态特性。
为了验证所设计的Fuzzy PID控制器的性能，在Saber和Matlab/Simulink 中搭建了闭环仿真模型，并于传统的PID控制器进行仿真对比。
通过仿真结果的对比可看出，模糊自适应PID控制方式于传统PID方式相比，系统输出电压具有更好的稳定性和动态特性，而且对系统输入电压和负载电阻的大范围变化具有更好的抗干扰性。
ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真
ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真作者：于仲安葛庭宇何俊杰来源：《现代电子技术》2019年第13期摘 ;要：针对传统的零电压（ZVS）、零电压零电流（ZVZCS）移相全桥变换器的各种缺陷以及实际参数选取困难的问题，采用一种改进型零电压移相全桥软开关变换器，即在原边钳位两个超快恢复二极管与一隔直电容来降低副边电路的寄生震荡以防止变压器进入磁饱和，为进一步提高变换器的效率，副边采用全波整流。
对所设计的电路进行细致的原理分析，给出若干关键值的优化计算过程，并以UC3875作为控制芯片，通过saber仿真验证理论分析的合理性，结果表明电路在实现软开关的同时也抑制了副边整流器件的电压应力，证明了所提优化方案的可靠性。
关键词：软开关变换器; 移相全桥变换器; 零电压开关; 电压应力; 全波整流; 优化计算中图分类号： TN710⁃34; TM743 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2019）13⁃0161⁃04Optimization design and simulation of ZVS phase⁃shifted full⁃bridge converterYU Zhongan， GE Tingyu， HE Junjie（School of Electrical Engineering and Automation， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China）Abstract： Aiming at the defects of traditional zero voltage （ZVS） and zero voltage zero current （ZVZCS） phase⁃shifted full⁃bridge converters， and difficulties in selecting actual parameters， an improved ZVS phase⁃shifted full⁃bridge soft⁃switching converter is used. In the primary side， two ultrafast recovery diodes and a DC blocking capacitor are clamped to reduce the parasitic oscillation of the secondary circuit and prevent the transformer from entering its magnetic saturation. In order to further improve the efficiency of the converter， full⁃wave rectification is adopted in the secondary side. A detailed principle analysis is performed for the designed circuit. The optimization calculation process of several key values is given. The rationality of the theoretical analysis is verified by Saber simulation by taking UC3875 as the control chip. The results show that the voltage stress of the secondary side rectifying device is suppressed while the soft switch is realized in this circuit， which proves the reliability of the proposed optimization scheme.Key words： soft⁃switching converter; phase⁃shifted full⁃bridge converter; zero⁃voltage switching; voltage stress; full⁃wave rectification; optimized calculation0 ;引 ;言移相全桥软开关变换器因其效率高、发展比较成熟、控制相对简单以及高频化和轻量化，常应用于中大功率场合[1⁃3]。
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文章编 号 ：０ ９３ ６ （０ ８ ０ —０ １０ １ ０ —６ ４ ２ ０ ） ５０ ４ —２
董 ｊ 谶 艨
移 相 全 桥 变 换 器 的 建 模 与 仿 真
王海莉 ， 吴延华 （ 黑龙江科技学 院电信学 院 ， 黑龙江 哈尔滨 １０ ２ ） ５０ ７ 摘要 ：文章通过 Ｂ ｃ ｕ ｋ变换 器推导 出移相全桥 变换 器的 小信 号 电路 模型 ， 用解析理论 的 方法求得 变换 器运 行特性 利 的解析表 达式 ， 使之成 为能对变换器进行定性和定量分析 的建模方 法。建模过程 中需要 做 出某些近似 假设 ， 以求简化分 析。并采用 ＭＡＴ ＡＢ软 件进 行仿真 ， 用奈奎斯特判 据来判断 系统的稳定性 。 Ｌ 利
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图 １ 理想 Ｂ ｃ ｕｋ变 换 器
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出的 。这 种方 法不 仅 简 化 了计 算 过 程 ， 各 种 不 同结 使 构变 换器 的解 析模 型 具 有 了 统一 的形 式 ， 且 操 作 性 而 更强 ， 工作 人员 仍 可 以用 波 德 图 （ ｏ ｅＰ ｏ） Ｂ ｄ ｌｔ 或者 奈 奎
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圈 ２ 在 ＣＣＭ 状 忑 Ｆ的 变 换 器
１ 变 换 器 小 信 号 电 路模 型 的 推 导
由于移 相 全 桥 变 换 器 可 由 Ｂ ｃ ｕ ｋ变 换 器 变 化 而 来 ， 先 根据 Ｂ ｃ 首 ｕ ｋ变 换器 的原 理 ， 采用 状 态 空 间平 均
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通 镌 电 潦 】 ． Ｉ ：
２０ ０ ８年 ９月 ２ ５日第 ２ ５卷第 ５期
Ｔｅ ｅ ｏ Ｐ ｗｅ ｃ ｎ ｌｇ ｌ ｃ ｍ ｏ ｒ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ｐ２ ｅ ． ５，２ ０ ０ ８，Ｖｏ ．２ ．５ １ ５ Ｎｏ
关 键 词 ： 相 全桥 ； 态一 空 间 平均 法 ； ＴＬ 移 状 ＭＡ ＡＢ 中图 分 类 号 ： ＴＮ７２ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｍ ｏ ｅｉｇ ａ ｄ Ｓ ｍ ｕ ａｉｎ ｏ Ｂ Ｚ Ｓ ＰＷ Ｍ ｎ ｅ ｔｒ ｄ ｌ ｎ ｉ ｌｔ ｆＦ Ｖ － ｎ ｏ Ｃｏ ｖ ｒｅ
０ 引 言
由于开关 电源是一 个线 性 与非线 性相 结合 的综 合 系统 ， 系统 的动 态 研 究 和设 计 带 来 很 多 不 便 。本 文 给 主要 是用 状态 空 间平 均 法来 进 行 建 模 ， 是 由美 国加 它
里福 尼亚 理工 学 院 的 Ｒ． ． ｄ ｌｂ ｏ ｋ于 １７ Ｄ Ｍｉｄｅ ｒｏ ９ ６年 提
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Hale Waihona Puke 法， 立 Ｂｃ 建 ｕｋ变 换 器 的小 信 号 模 型 。对 变 换 器 进 行 简化 ， 使其 工 作 在 理 想 状 态 ， 即状 态 转 换 是 瞬 间完 成
的 ， 任何 时候 都 只有两 种状 态存 在— —导 通 或关 断 。 在 选择 电感 电流 ｉ 电 容 电压 Ｕ 状 态 参 量 ， 出 电 和 为 输 压 Ｕ。 输入 电流 为输 出参 量 ， 为输 入参 量 ， 和 Ｕ。 ｄ为
Ｗ ＡＮＧ ．ｌ Ｗ Ｕ ｎ ｈ ａ Ｈａ＿ｉ ， Ｙａ ＝ ｕ
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