第六章 软开关技术(移相全桥ZVS软开关电路分析)

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ZVZCS移相全桥软开关工作原理

ZVZCS移相全桥软开关工作原理

ZVZCS移相全桥软开关工作原理整个系统由控制电路、功率电路和传感器等组成。

控制电路负责监测输入和输出电压,根据设定的电压值及输入电流来调整开关的工作状态。

功率电路则负责将输入的交流电源通过变换装置转换为需要的输出电压。

在正常工作状态下,当控制电路接收到输入电压的反馈信号,它会产生一个控制信号,用于控制开关器件的状态。

这些开关器件通常采用汽车电源模块(IGBTS)或金属氧化物半导体场效应管(MOSFETS)等。

在移相全桥逆变器中,开关器件通常以两种状态工作:导通和截止。

在导通状态下,开关器件允许交流电流通过,从而使逆变器的输出与输入电源同相。

在截止状态下,开关器件将输出与输入电源分离,并阻断电流流动。

在移相全桥软开关的工作过程中,通过调整控制信号的相位和幅值,使得逆变器的输出电压能够达到所需的目标。

在每个周期的不同时间点,开关器件都会在导通和截止状态之间进行切换,从而实现输入电压的调节和变换。

1.相位调整:通过改变控制信号的相位来控制开关器件的工作状态。

当输入和输出电压相位相同时,开关器件处于导通状态;当输入和输出电压相位相反时,开关器件处于截止状态。

通过相位调整,可以实现输入电压的调节和变换。

2.软开关控制:在开关器件的导通和截止状态转换过程中,通过合理设计控制信号的波形和幅值,使得开关器件在导通和截止状态之间平滑切换,从而减少开关过程中的损耗和干扰。

3.双向开关:移相全桥逆变器中的开关器件是双向的,既可以流通正向电流,也可以流通反向电流。

这种双向开关的特性使得逆变器可以实现输入电压的变换,同时也可以回馈电压到电源端。

总体而言,ZVZCS移相全桥软开关通过控制开关器件的导通和截止状态,以及调整开关器件的相位和幅值,实现输入电压的调节和变换。

它具有高效率、快速响应、可靠性高等优点,可广泛应用于交流电源的电压调节和变换等领域。

自激式软开关变换器(ZVS)教程

自激式软开关变换器(ZVS)教程

自激式软开关变换器(ZVS)教程前言第一章关于本电路第二章ZVS的工作原理第三章ZVS的元件选择第四章ZVS的拓展应用之电磁枪配套升压器第五章ZVS的拓展应用之基于ZVS的滞后反馈升压器第六章ZVS的拓展应用之高效电鱼机ZVS电路对于各位来说可能并不陌生,可能很多同学都制作过数十个ZVS电路了。

ZVS的最经常用途是驱动高压包拉弧,zvs具有简单、功率大、发热小效率高等优点。

在此提醒一下各位,不要不加思索地一味重复制作某个电路,DIY<>纯粹的组装。

本教程将介绍ZVS 的背景、工作原理、制作经验和高级应用方式(这是亮点!)同时带领各位领悟DIY的真谛!第一章关于本电路相信很多人看到了很熟悉的那个电路。

这就是自激式软开关变换器,常被大家称为ZVS。

值得一提的是,ZVS是一种电路工作模式的名称(Zero voltage switch,零电压开关),用于描述在开关电源中功率管在其两端电压为零时进行开关动作,此时没有开关损耗。

本电路的功率管正是由于工作在ZVS模式又加上太著名了所以被称为ZVS……(下文中ZVS代表本电路)ZVS是一种Royer变换器,那么Royer是啥?可能很多同学第一次听说这个名词,下面让我为大家分解。

1955年美国的科学家罗那(G.H.Royer)首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。

此后,利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来,从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。

由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态,所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。

由于那时的微电子设备及技术十分落后,不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入。

此后Royer类变换器一直没有停止发展,先后出现了:三极管ZCS(用于LCD背光照明CCFL,本教程不多作介绍)场效应管ZVS(大家熟知的那个电路),这两个电路实现了谐振软开关,因此效率非常高,比PWM硬开关变换器的效率高不少。

开关电源软开关技术原理简介

开关电源软开关技术原理简介

开关电源软开关技术原理简介开关电源是现代电子设备中常见的电源供应方式之一,具有高效率、小体积、轻便等优点。

而软开关技术作为一种先进的电源开关技术,被广泛应用于开关电源中,以提高其性能和可靠性。

本文将对软开关技术的原理进行简要介绍。

软开关技术是一种在开关电源中用于控制开关管导通和关断的技术。

传统的硬开关技术存在开关管开关速度慢、开关过程中会产生电压和电流的冲击等问题,而软开关技术则通过合理的控制开关管的导通和关断时机,以减小开关过程中的冲击,提高开关效率。

软开关技术主要包括零电压开关技术(ZVS)和零电流开关技术(ZCS)。

其中,ZVS技术是通过在开关管导通和关断时将电压降至零来实现的,而ZCS技术是通过在开关管导通和关断时将电流降至零来实现的。

在软开关技术中,ZVS技术是较为常见的一种。

其原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电压降至零,以减小开关过程中的电压冲击。

具体来说,当开关管导通时,谐振电路中的电容器充电,使得电压逐渐增加;而当开关管关断时,谐振电路中的电感器释放能量,使得电压逐渐降低,直至降至零。

通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机,可以实现零电压开关,减小开关过程中的电压冲击。

与ZVS技术相比,ZCS技术在某些场合下更为适用。

ZCS技术的原理是利用谐振电路使得开关管在导通和关断时电流降至零,以减小开关过程中的电流冲击。

具体来说,当开关管导通时,谐振电路中的电感器储存能量,使得电流逐渐增加;而当开关管关断时,谐振电路中的电容器释放能量,使得电流逐渐降低,直至降至零。

通过合理设计谐振电路的参数和控制开关管的导通和关断时机,可以实现零电流开关,减小开关过程中的电流冲击。

总的来说,软开关技术通过合理控制开关管的导通和关断时机,以减小开关过程中的冲击,提高开关效率。

ZVS技术和ZCS技术是软开关技术中常用的两种实现方式。

在实际应用中,软开关技术可以提高开关电源的效率和可靠性,减小对其他电子元器件的损伤,同时也有利于降低电磁干扰和提高整体系统的抗干扰能力。

自激式软开关变换器(ZVS)教程

自激式软开关变换器(ZVS)教程

自激式软开关变换器(ZVS)教程前言第一章关于本电路第二章ZVS的工作原理第三章ZVS的元件选择第四章ZVS的拓展应用之电磁枪配套升压器第五章ZVS的拓展应用之基于ZVS的滞后反馈升压器第六章ZVS的拓展应用之高效电鱼机ZVS电路对于各位来说可能并不陌生,可能很多同学都制作过数十个ZVS电路了。

ZVS的最经常用途是驱动高压包拉弧,zvs具有简单、功率大、发热小效率高等优点。

在此提醒一下各位,不要不加思索地一味重复制作某个电路,DIY<>纯粹的组装。

本教程将介绍ZVS 的背景、工作原理、制作经验和高级应用方式(这是亮点!)同时带领各位领悟DIY的真谛!第一章关于本电路相信很多人看到了很熟悉的那个电路。

这就是自激式软开关变换器,常被大家称为ZVS。

值得一提的是,ZVS是一种电路工作模式的名称(Zero voltage switch,零电压开关),用于描述在开关电源中功率管在其两端电压为零时进行开关动作,此时没有开关损耗。

本电路的功率管正是由于工作在ZVS模式又加上太著名了所以被称为ZVS……(下文中ZVS代表本电路)ZVS是一种Royer变换器,那么Royer是啥?可能很多同学第一次听说这个名词,下面让我为大家分解。

1955年美国的科学家罗那(G.H.Royer)首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。

此后,利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来,从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。

由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态,所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。

由于那时的微电子设备及技术十分落后,不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入。

此后Royer类变换器一直没有停止发展,先后出现了:三极管ZCS(用于LCD背光照明CCFL,本教程不多作介绍)场效应管ZVS(大家熟知的那个电路),这两个电路实现了谐振软开关,因此效率非常高,比PWM硬开关变换器的效率高不少。

电力电子技术第6章.软开关技术

电力电子技术第6章.软开关技术

图6-5给出了前三种软开关电路的基本开关单元,谐振直流 环节的电路见图6-10。
图6-5 准谐振电路的基本开关单元
2、零开关PWM电路
零开关PWM变换电路是在准谐振变换电路基础上,增加了 辅助开关而形成的。辅助开关用于控制谐振的开始时刻,使谐 振仅发生于开关过程前后,这样,电路就可以采用恒频控制方 式即PWM控制方式。零开关PWM电路可分为:
图6-6 零开关PWM电路的基本开关单元
3、零转换PWM电路
准谐振变换器的谐振电感和谐振电容一直参与工作;零开关 PWM变换器的谐振元件虽不一直工作,但谐振电感却串在主回 路中,损耗较大。为克服这些缺陷,提出了零转换PWM变换器。 虽这类变换器也采用对谐振时刻进行控制来实现PWM控制,但 与零开关变换器相比具有更突出的优点:
要 实 现 软 开 关 的 PWM 控制,只需控制Lr与Cr的 谐振时刻。其方法是:要 么在适当时刻先短接谐振 电感,在需要谐振的时刻 再断开;要么在适当时刻 先断开谐振电容,在需要 谐振的时刻再接通。由此 得到不同形式的零开关 PWM 电 路 的 基 本 开关 单 元, 如图 6-6 所 示,其 中 S1为辅助开关。
第6章 软开关技术
6.1 软开关的基本概念 1、硬开关及其缺点
变流电路中的电力电子开关不是理想器件。开通时,开关 管的电压不是立即降到零,同时它的电流也不是立即上升到 负载电流,有一个上升时间。在这段时间里,开关元件承受 的电压和流过的电流有一个交叠区,会产生开关损耗,称之 为开通损耗,其波形如图6-1(a)所示。同样,在开关关断 时,开关管的电流也有一个下降过程,电压也有一个上升时 间,电压和电流的交叠产生的开关损耗称之为关断损耗,其 波形如图6-1(b)所示。开关器件在开关过程中产生的开通 损耗和关断损耗,统称为开关损耗。具有这种开关过程的开 关称为硬开关。

移相全桥ZVZC软开关DC_DC稳压电源分析与设计_吕春锋

移相全桥ZVZC软开关DC_DC稳压电源分析与设计_吕春锋
断电容 Cb 放电,由于阻断电容 Cb 较大,其自身电压在放电过
(e)
4
(f)
5
图 3 换流过程模态
VDR2 流过负载电流。 要实现滞后桥臂零电流,原边电流需在滞后桥臂开通前
减小到零。由开关模态 2 可知,原边电流线性减小:
V (t ) − V (t ) ?V
(1)
i (t) − I ?V (t ? t ) / L
?V (t ) ? V (t ) ? 2 C V / C ?
V ? I ?t / C ? 2 C V / C ? ?V
(5)
一般 Cr垲Cb,式(5)可以简化为:
程中近似不变,而变压器原边电流近似线性减小。
V − I ?t / 2 C
(6)
如图 3(d)所示,开关模态 3 换流过程如下:[t2-t3]期间,阻
通常所说的硬开关,在开通和关断时会产生较大的开关 损耗,开关频率越高,损耗越大。软开关电源是在开关器件通 断条件下,加在其电压上电压为零,即零电压开关(ZVS),或者 通过开关器件的电流为零,即零电流开关(ZCS)。软开关技术 显著解决了元件开关时刻产生的损耗,可以更大幅度地提高 开关频率,这种软开关的方式为缩小电源体积和提高电源效 率创造了条件。移相全桥零电压零电流软开关(ZVZCS)DC-DC 变换器是在移相全桥 ZVS 的基础上发展而来的,其工作模式 基本上克服了 ZVS 和 ZCS 软开关模式的固有缺陷,使全桥变 换器的超前桥臂实现 ZVS,而滞后桥臂实现 ZCS,在中、大功 率开关电源中具有广泛的应用。其超前桥臂的零电压实现是 通过并联电容电压不能突变完成的,滞后桥臂的零电流是通 过串联隔直电容和漏感谐振,从而使电流能量转移到了电容 中,滞后桥臂串接的二极管阻止了关断后的反向电流,减弱了 环路损耗[1]。

移相全桥为主电路的软开关电源设计详解

移相全桥为主电路的软开关电源设计详解

移相全桥为主电路的软开关电源设计详解2014-09-11 11:10 来源:电源网作者:铃铛移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰,降低损耗,提高开关频率。

如何以UC3875为核心,设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。

主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构,使用MOSFET作为开关管来使用,参数为1000V/24A。

采用移相ZVZCSPWM控制,即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。

电路结构简图如图1,VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管,VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管,C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容,VD3、VD4是反向电流阻断二极管,用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS,Llk为变压器漏感,Cb为阻断电容,T 为主变压器,副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。

图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下:当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时,电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样,主变压器原边向负载提供能量。

通过移相控制,在关断VT1时并不马上关断VT4,而是根据输出反馈信号决定移相角,经过一定时间后再关断VT4,在关断VT1之前,由于VT1导通,其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降,理想状况下其值为零,当关断VT1时刻,C1开始充电,由于电容电压不能突变,因此,VT1即是零电压关断。

由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用,VT1关断后,原边电流不能突变,继续给Cb充电,同时C2也通过原边放电,当C2电压降到零后,VD2自然导通,这时开通VT2,则VT2即是零电压开通。

当C1充满电、C2放电完毕后,由于VD2是导通的,此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压,原边电流开始减小,但继续给Cb 充电,直到原边电流为零,这时由于VD4的阻断作用,电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电,Cb两端电压维持不变,这时流过VT4电流为零,关断VT4即是零电流关断。

移相全桥ZVS 及ZVZCS 的拓扑结构分析

移相全桥ZVS 及ZVZCS 的拓扑结构分析

移相全桥ZVS 及ZVZCS 的拓扑结构分析
1. 引言
 移相控制方式是控制型软开关技术在全开关PWM 拓扑的两态开关模式(通态和断态)通过控制方法变为三态开关工作模式(通态断态和续流态),在续流态中实现开关管的软开关。

全桥移相ZVS-PWM DC/DC 变换拓扑自出现以来,得到了广泛应用,其有如下优点:
 ●充分利用电路中的寄生参数(开关管的输出寄生电容和高频变压器的漏感,实现有源开关器件的零电压开关)
 ●功率拓扑结构简单
 ●功率半导体器体的低电压应力和电流应力
 ●频率固定
 ●移相控制电路简单
 全桥移相电路具有以上优点,但也依然存在如下缺点:
 ●占空比丢失
 ●变压器原边串联电感和副边整流二极管寄生电容振荡
 ●拓扑只能在轻载到满载的负载范围内,实现零电压软开关
 目前该拓扑的研究及成果主要集中在以下方面
 ●减小副边二极管上的电压振荡
 ●减少拓扑占空比丢失
 ●增大拓扑零电压软开关的负载适应范围
 ●循环电流的减小和系统通态损耗的降低
 2. 典型的zvs 电路拓扑
 2.1 原边串联电感电路。

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td (lead ) 2CleadVin / I1
在这段时间里,原边电流等于折算到 原边的滤波电 ) / K
4.开关模态3 在 t2 时刻,关断 Q4,原边电流 i p 转 移到 C2和 C4中,一方面抽走 C2上的 电荷,另一方面又给 C4充电。 由于C2 和C4 的存在,Q4的电压是从零 慢慢上升的,因此 Q4是零电压关 断。这段时间里谐振电感 Lr 和C2 及 C4在谐振工作。原边电流 i p 和 C4 的电压分别为: 电容C2 ,

2.开关模态1 在 t 0 时刻关断Q 1,原边电流 i p 从 Q 1中转移到到 C3和 C1 支路中,给

C1充电,同时 C3被放电。 电容 C1 的电压从零开始线性上升
电容 C3 的电压从 Vin开始线性下降 Q 1是零电压关断。
i p (t ) I p (t0 ) I1
vC1 (t )
到 t4 时刻,原边电流从 I p (t3 )下降到 零,二极管 D2和 D3自然关断。 持续时间为: t L I (t ) / V
34 r P 3
Vin i p (t ) I p (t3 ) (t t3 ) Lr
in
6. 开关模态5 在 t 4 时刻,原边电流流经 Q2和 Q3。 由于原边电流仍不足以提供负载 电流,负载电流仍由两个整流管 提供回路,因此原边绕组电压仍 然为零,加在谐振电感两端电压 是电源电压Vin ,原边电流反向线 性增加。

到 t5 时刻,原边电流达到折算到原 I Lf (t5 ) / K 值,该开 边的负载电流 关模态结束。 持续时间为: L I (t ) / K
Vin i p (t ) (t t4 ) Lr
t45
r
Lf
5
Vin
7. 开关模态6 在这段时间里,电源给负载供电 原边电流为:

Vin KV0 (t t5 ) i p (t ) 2 Lr K L f
2
因为 Lr �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

i p (t ) I 2 cos (t t2 ) vC 4 (t ) Z P I 2 sin (t t2 ) vC 2 (t ) Vin Z P I 2 sin (t t2 )
1 2 Lr Clag
Lr 式中 Z P 2Clag
D2 在 t3 时刻,C4 的电压上升到 Vin, 自然导通。 1 1 Vin
I1 (t t0 ) 2Clead I vC 3 (t ) Vin 1 (t t0 ) 2Clead

t 1 时刻, C3 电压降到零,D3 自
然导通。
3.开关模态2 D3导通后,将 Q3的电压箝在零位 此时开通Q3 ,则 Q3 是零电压开通。 Q3 和 Q 1驱动信号之间的死区时间 td (lead ) t01 ,即
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥 变换器
工作原理
本节分析移相控制零电压开关PWM DC/DC全桥变换器,其基本电路如图所 示:
ZVS PWM DC/DC全桥变换 器主要波形如左图所示:
在不同开关状态下的等效电路如下所示:
对于变换器各工作状态的描述如下:
1.开关模态0 Q 1和 Q4导通。原边 在 t 0 时刻, 电流 i p 流经Q 1 ,谐振电感 Lr 和变压器原边绕组以及 Q4 。 DR 2截止,原 整流管DR1 导通, 边给负载供电。
t23

sin
ZP I2
5.开关模态4 在 t3 时刻,D2自然导通,将 Q2 的电 压箝在零位,此时就可以开通 Q2 Q2 和Q4 驱动信号 Q2是零电压开通。 之间的死区时间 td ( lag ) t23 即

td ( lag )
Vin sin ZP I2 1
1
此时电源电压Vin 加在谐振电感 Lr 两 端,原边电流 i p线性下降。
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