第七章桥式变换器
桥式变换器米勒效应及其抑制方法研究
26王归新等：桥式变换器米勒效应及其抑制方法研究电工材料2020 No.2桥式变换器米勒效应及其抑制方法研究王归新，方依勇(三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌443002)摘要:移相全桥DC/DC变换器普遍应用于大功率场合，由于其开关管能实现零电压开通，大大提高了变换效率。
然而滞后臂比超前臂开关较难实现零电压开通，通常情况下，轻载时，滞后臂运行在硬开关状态。
硬开关状态下，由于米勒电容的存在,开关管的动作会使其他开关管的门极电压发生振荡而再开通。
深入研究了米勒效应的原理，以及移相全桥DC/DC变换器在超前臂零电压开通,滞后臂硬开关的情况下，米勒效应对其影响。
提出了抑制米勒效应的方法，并通过4.8 kW实验样机证实了方法的可行性。
关键词:IG B T;移相全桥;DC/DC变换器;米勒效应;驱动电路;零电压开关。
中图分类号:TM46 文献标志码:A 文章编号：1671-8887(2020)02-0026-05DOI： 10.16786/ki. 1671 -8887.eem.2020.02.007Miller Effect of Bridge Converter andIts Inhibition Method ResearchWANG Guixin, FANG Yiyong{College o f Electrical Engineering and New Energy, China Three Gorges University,Hubei Tichang 443002, China)Abstract: The IGBT phase shifted full bridge DC/DC converter is widely used in high-power situations, because it can realize zero voltage switching, greatly improving the transformation efficiency.However, the hysteresis arm is more difficult to achieve zero voltage switching than leading arm.Usually, the hysteresis arm runs in the hard switching state at the light load. Under the conditionof hard switching, the action of the switch will cause the gate voltage of the other switch to oscillate and closes incorrectly, because of the existence of Miller capacitance. In this paper, the principle of Miller effect is studied deeply, and the effect of the Miller capacitance based on the phaseshifted full-bridge DC/DC converter in the case of leading arm with zero voltage switching andhysteresis arm without zero voltage switching is researched. A method to suppress Miller effect isproposed, and the feasibility of the method is proved by 4.8 kW Experimental prototype.Key words: IGBT; phase shifted full-bridge; DC/DC converter; miller effect; drive circuit; ZVS引言在大功率变换器中，时常可以看到移相全桥 DC/DC变换器的身影。
桥式变换器的仿真
目录摘要1 设计原理 (1)1.1 开关电源 (1)1.2半桥逆变器 (1)1.2.1半桥逆变器的概述 (1)1.2.2 半桥变换器的电路结构及作用 (2)1.2.3 半桥变换器的工作原理 (3)1.3 全桥变换器 (3)1.3.1全桥变换器的概述 (3)1.3.2 全桥变换器的结构及作用 (4)1.3.3 全桥变换器的工作原理 (5)2 仿真电路的设计 (6)2.1 半桥变换器仿真电路 (6)2.2 全桥变换器的仿真电路图 (8)3 仿真结果及分析 (10)4 小结 (13)参考文献 (14)桥式变换器的仿真1 设计原理1.1 开关电源开关稳压电源的种类很多，有BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK/BOOST 变换器、正激变换器、反激变换器、推挽式变换器、半桥变换器、全桥变换器等，本次设计研究的是半桥和全桥变换器。
对开关电压的研究十分有意义，这是由于该开关电源有很多优越性：1、效率高。
开关电源的调整开关管工作在开关状态，截止期间，开关管无电流，因此不消耗功率，可大大提高效率，通常课达到80%~90%左右。
而传统的调整串联型稳压电源的晶体管一直工作在放大区，全部负载电流都通过晶体管，功耗就较大，因而效率很低，一般只在50%左右。
2、功耗小。
由于开关管在开关状态，功耗小，不需要采用打散热器。
而且功耗校使得机内温升低，周围环境不会长期工作在高温环境下而损坏，有利于提高整机的可靠性和稳定性。
3、稳定范围宽。
当开关电源输入电压在150~250V范围内变化时，都能达到很好的稳压效果，输出电压的变化在2%以下。
而且在输入电压发生变化时，始终能保持稳压电路的高效率。
因此开关稳压电源适用于电网电压波动很大的地区。
4、安全可靠。
开关稳压电路一般具有自动保护电路，当稳压电路、高压电路、负载出现故障或短路时，能自动切断电源，保护功能灵敏可靠。
1.2半桥逆变器1.2.1半桥逆变器的概述半桥逆变器实际上是由两个单端正激变换器组合而成的。
桥式变换器的原理及应用
桥式变换器的原理及应用简介桥式变换器是一种常见的电路拓扑结构，广泛应用于电力电子领域。
它通过将输入电源的交流信号转换为稳定的直流输出，满足各种电子设备对电源的需求。
本文将介绍桥式变换器的原理，并探讨其在不同领域的应用。
桥式变换器的原理桥式变换器使用一组开关器件（通常为二极管或开关管）来实现信号的变换。
通过合理控制开关器件的导通和断开，可以实现将输入交流信号转换为输出直流信号。
桥式变换器的基本原理是利用开关器件的导通和断开来改变信号的路径，从而改变电路的输出。
桥式变换器通常由四个开关器件组成，分别位于输入电源的四个极性上。
当两个对角线的开关器件导通，而另外两个开关器件断开时，输入电源的交流信号通过桥式变换器，沿特定路径流向输出。
当另外两个开关器件导通，而对角线的开关器件断开时，流向输出的路径改变，从而改变输出的电压和电流值。
桥式变换器的应用桥式变换器的应用非常广泛，下面列举了几个常见的应用领域：1. 电力电子领域桥式变换器在电力电子领域中被广泛应用于交流电压调节、直流电源变换和电力逆变等方面。
通过控制桥式变换器的开关器件，可以实现对交流电压的调整，满足电子设备对电源的需求。
2. 照明领域桥式变换器被应用于LED照明领域，通过对输入电源的交流信号进行转换，使其适用于LED灯的工作要求。
桥式变换器可以实现LED灯的调光和调色，提供更加舒适和节能的照明效果。
3. 高频电源领域桥式变换器在高频电源领域也有广泛的应用，例如在电焊机、电子设备和通信设备中。
通过合理设计桥式变换器的参数，可以实现高频电源的稳定输出，满足设备对电能的需求。
4. 新能源领域桥式变换器在新能源领域中有着重要的应用。
例如，太阳能发电系统中的逆变器，将太阳能电池板输出的直流信号转换为交流信号供电网络使用。
桥式变换器是逆变器的关键组成部分，可以实现能源的高效利用。
5. 电动车充电领域随着电动车的普及，充电设备的需求也不断增加。
桥式变换器被广泛应用于电动车充电桩中，实现对电能的转换和控制。
推挽直直变换器与桥式直直变换器
阻负载时只有开关管中有电流流过，感性负载时
开关管和二极管中都有电流流过。
南京邮电大学
Q1和Q2 导通小于180o工作 如果Q1和Q2导通时间减少，则输出电压为宽度小
于180o的方波，若输出端接电阻负载时，负载电 流波形和电压波形相同；输出端接电感负载时， 若电感量为L，则电感电流iL波形为三角波，Q1 导通，电流上升；Q1关断，电感电流iL经D2续流 ，电流以斜率下降。D2续流，使Vin加在W12上，在 W2绕组上，电压极性反向，如图中阴影部分所示 。如果Q1和Q2 导通时间分别大于T/4，则在感性 负载时，输出电压VO为180o的交变方波，不再受Q1 和Q2 导通时间的影响。
IpmaxW W12 I0(W W12)2
VinDy 4Lf fs
南京邮电大学
14
因iDR1和iDR2就是流过变压器副边绕组的电流，若
不计变压器的励磁电流，则变压器原边绕组电流 的最大值为：
ID R 1 m axID R 2m axID F W m axI0W W 1 24 L V ifnfsD y
南京邮电大学
下图是推挽直流变换器的主要波形。在Q1或Q2导通期间，
变压器副边绕组中感应电势为vw2，电压脉冲宽度决定于Q1
或Q2的导通时间ton，幅值为
W W
2 1
V
in
，为一交流电。该电压经
整流管整成一个直流方波电压。滤波电感电流在电流连续
时为三角波，图中给出了流过DR1、DR2和DFW的电流波形。
流过变压器原边的电流最大值也就是流过开关管 电流的最大值。开关管的反并二极管不流过负载 电流，仅流过铁芯磁复位时的磁化电流。
精力都放在降低输入电压纹波的原因所在。
南京邮电大学
电力半导体桥式变流器
电力半导体桥式变流器1. 简介电力半导体桥式变流器是一种用于将交流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电的装置。
它由四个可控开关组成，通常使用晶闸管或者功率MOSFET等半导体器件来实现。
桥式变流器在电力系统中具有广泛的应用，可以用于电机驱动、电力调节、无功补偿等方面。
2. 工作原理桥式变流器的工作原理基于可控开关的开关操作，通过控制开关的开关状态，可以改变电流的方向和大小。
下面以将交流电转换为直流电为例进行说明：1.桥式变流器的输入端接入交流电源，输出端接入直流负载。
2.当交流电源正弦波的电压为正时，Q1和Q4两个可控开关导通，Q2和Q3导断。
此时，交流电流从输入端经过Q1和Q4流向输出端，实现了电流的正向传输。
3.当交流电源正弦波的电压为负时，Q1和Q4导断，Q2和Q3导通。
此时，交流电流从输入端经过Q2和Q3流向输出端，实现了电流的反向传输。
4.通过控制可控开关的导通和导断，可以实现对交流电流的精确控制，从而实现交流电转换为直流电。
3. 优点和应用电力半导体桥式变流器具有以下优点：1.高效性：由于采用了电力半导体器件，桥式变流器的转换效率较高，可以达到90%以上，从而减少了能源的浪费。
2.可控性：通过控制可控开关的导通和导断，可以实现对电流的精确控制，满足不同应用场景的需求。
3.可靠性：电力半导体器件具有较高的可靠性和寿命，能够在长时间运行中保持稳定性。
4.体积小：相比传统的电力转换装置，电力半导体桥式变流器体积更小，便于安装和维护。
桥式变流器在电力系统中有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1.电机驱动：桥式变流器可以将交流电转换为直流电，用于驱动各种类型的电机，如交流电动机、直流电动机等。
2.电力调节：桥式变流器可以对电力进行调节，实现电网的电压和频率控制，以满足电力系统的需求。
3.无功补偿：桥式变流器可以控制无功功率的流动，实现电力系统的无功补偿，提高电网的功率因数。
4.新能源接入：随着可再生能源的快速发展，桥式变流器在太阳能发电、风能发电等领域中的应用越来越广泛，可以将直流电能转换为交流电并接入电网。
桥式可逆pwm变换器工作原理
桥式可逆pwm变换器工作原理
嘿呀！今天咱们就来好好聊聊这桥式可逆PWM 变换器工作原理！
首先呢，咱们得知道啥是PWM 变换器呀？PWM 就是脉冲宽度调制的意思，简单来说就是通过改变脉冲的宽度来控制输出的电压或者电流！
哇塞！那桥式可逆PWM 变换器又是咋回事呢？哎呀呀，它其实就是一种能实现能量双向流动的电路结构呢！
在这个桥式可逆PWM 变换器中，有四个开关管，这可重要啦！比如说，当正向工作的时候，这几个开关管按照特定的顺序导通和关断，哎呀呀，这样就能输出我们想要的正向电压啦！
那反向工作的时候呢？嘿，这开关管的导通顺序又变啦！通过巧妙的控制，就能实现反向的电压输出呢！
你想想呀，这种能够灵活控制正反方向的能量流动，是不是超级厉害呀！
比如说在电机控制中，哇，这桥式可逆PWM 变换器就大有用处啦！可以实现电机的正转、反转和调速呢！
还有还有啊，在一些电源变换的场合，它也能发挥巨大的作用！
哎呀呀，总之呢，桥式可逆PWM 变换器的工作原理就是通过巧妙地控制开关管的导通和关断，来实现能量的双向流动和各种不同的输出效果！
怎么样，是不是对它有了初步的了解啦？。
全桥变换器原理
全桥变换器原理
全桥变换器是一种常用的电力变换器，能够将直流电源转换为交流电源。
它由四个开关元件和一个变压器组成。
开关元件通常是晶闸管或MOSFET管，变压器则是用来隔离输入和输出的。
在工作时，全桥变换器通过交替开关开启和关闭，实现对输入直流电压的逆变。
具体地说，当上桥臂的两个开关（S1和S3）关闭，下桥臂的两个开关（S2和S4）打开时，电流会通过变
压器的一对绕组，使输出电压为正；而当上桥臂的两个开关打开，下桥臂的两个开关关闭时，电流会通过另一对绕组，使输出电压为负。
通过控制开关的开启和关闭时间，可以调整输出电压的幅值和频率。
全桥变换器具有以下优点：首先，由于采用了桥式结构，它能够实现较高的输入输出功率转换效率。
其次，全桥变换器能够实现电压和频率的调节，具有较好的输出电压波形质量。
此外，它还具有较高的可靠性和稳定性，适用于各种工业和电力应用。
然而，全桥变换器也存在一些缺点。
首先是控制复杂度较高，需要采用先进的控制技术来实现高效率和优质输出。
其次，开关元件的损耗较大，需要考虑散热和保护等问题。
此外，全桥变换器的成本相对较高，不适合用于低功率应用场合。
综上所述，全桥变换器是一种能够将直流电源转换为交流电源的电力变换器。
它通过四个开关元件的开启和关闭来实现对输入直流电压的逆变，从而实现输出交流电压的生成。
全桥变换
器具有高效率、优质输出和稳定性等优点，但也存在控制复杂、损耗大和成本高等缺点。
桥式变换器的仿真
桥式变换器的仿真目录摘要 .......................................................................................................................... ...................... I 1 设计原理 (1)1、1 半桥变换器 (1)1、1、1 半桥逆变器得概述 (1)1、1、 2 半桥变换器得电路结构及原理............................................................ 1ibqN51、1、 3 半桥变换器得输入输出关系式............................................................ 3Dv4041、2 全桥变换器 (3)1、2、1全桥逆变器得概述 (3)1、2、2 全桥变换器得结构及原理 (4)1、2、3 全桥变换器得输入输出关系式 (5)2 仿真电路得设计 (6)2、1 半桥变换器仿真电路 (6)2、2 半桥变换器参数设置 (6)2、3全桥变换器仿真电路 (8)2、4 全桥变换器参数设置 (9)3 仿真结果及分析 (10)3、1 半桥电路仿真分析 (10)3、2 全桥电路仿真分析 (11)3、3 综合比较与分析 (12)心得体会 (13)参考文献 (14)摘要随着电力电子技术得发展与创新,使得开关电源技术也在不断地创新。
而开关电源实质上就就是直流DC/DC转换器。
本设计采用得就是隔离式DC/DC转换器。
将400V得直流电先进行逆变,通过变压器隔离变压后再进行整流,最后得得到接近于25V得直流稳压电源。
由于逆变主电路以及整流主电路得形式多种多样,本次设计中逆变主电路结构采用半桥式与全桥式两种,整流主电路采用全波整流与桥式整流,因此最后得方案有四种,分别就是:半桥全波变换器,半桥桥式变换器,全桥全波变换器以及全桥桥式变换器。
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开关模态1 (0≤t≤t1)
开关模态2 (t1≤t≤t2)
输出电压
Ns Vo =Vin 2D Np
全桥变换器的参数设计
输入直流电压Vin=238~342VDC（市电交流220VAC输入经 整流滤波得到）。 输出电压Vo= 48V。 额定输出电流Io=25A。 输出电压纹波Vrr：1%的最大值。 开关频率fs=100KHz。 期望效率η=0.8
全桥变换器的仿真
开环仿真
稳定输出48.27V
闭环仿真
电路能够稳定输出47.87V
电压纹波为0.469V，输出电压的纹波控制2 Dmax = =0.4 Ts
2、磁芯的选择
AP Ae Aw
Aw为窗口面积；Ae为磁芯的截面积
3、初次级绕组匝数的选择 法拉第电磁定律：
E NAe dB / dt 108
Vin min Dmax Np = 2 f s Ae B Vo N s = D Vin N p
Ipft为初级电流脉冲等效为平顶脉冲后的峰值
输出电压
Vo Ns = D Vin N p
半桥变换器的参数设计
输入直流电压Vin=238~342VDC（市电交流220VAC输入经 整流滤波得到）。 输出电压Vo= 50V。 额定输出电流Io=3A。 输出电压纹波Vrr：1%的最大值。 开关频率fs=50KHz。 期望效率η=0.8
7.1 概述
半桥和全桥开关变换器拓扑开关管的稳态关断电 压等于直流输入电压，而不是像推挽、单端正激或交 错正激拓扑那样为输入的两倍。所有桥式拓扑广泛应 用于直接电网的离线式变换器。 桥式变换器的另一个优点是，能将变压器初级侧 的漏感尖峰电压钳位于直流母线电压，并将漏感储存 的能量归还到输入母线，而不是消耗于电阻元件。
第七章 半桥和全桥变换器拓扑
功 率 变 换 电 路
不隔离型
降压、升压、降-升 压、库克变换器
单端 隔离型 双端
反激、正激 推挽、半桥、 全桥
第七章 桥式变换器
7.1 概述（Introduction） 7.2 半桥变换器 (Half-Bridge Converter Topology) 7.3 全桥变换器 (Full-Bridge Converter Topology)
Q1 vAB Vin/2
Q2
Q1
t
t Vin/2
vrect VinNs/2Np iLf Io t is1 t is2 t t1 t2 t3 t4 t
0
开关模态1 (0≤t≤t1)
开关模态2(t1≤t≤t2)
基本关系
输入功率
Vin min Pin = I pft 2 Dmax =Vin min I pft Dmax 2
7.2 半桥变换器拓扑
工作原理
Cd1 Q1 D1 T1 ip Vin Np Cb Cd2 Q2 D2 Ns1 is1 Ns2 is2 DR2 DR1 vrect Lf Cf RLd Vo
Q1导通时，负载电流和励磁电流流过Q1、变压器T1的漏感、Np的励磁电感及 按匝比平方折算到初级的次级负载等效阻抗，最后流经Cb到达C1、C2连接 点，Np同名端电压为正。 Q1关断时，励磁电感强迫使所有绕组电压极性反向，Np同名端电压力图变得 很负，使Q1承受远大于Vin的电压并使Q2承受反压，造成两个开关管的损坏。 但由于D2的钳位作用，Np的同名端电压就不会低于负母线电压。
磁通不平衡原因：初 级存在直流分量。
解决办法：初级串联小 容值的直流阻断电容。 电流Ipft流过时，该电 容被充电，该电压使初 级平顶脉冲电压有所下 降。
Pin 187.5 = =1.97 A I pft = Vin min Dmax 238 0.4
I pft 0.8Ts /2 dV = I pft 0.4Ts Vin min /2 10% Vin min fs = 8I pft
Cb =
注意：该电容必须为非极性电容。
半桥变换器的仿真
开环仿真
输出电压能够稳定在50.59V
闭环仿真
电路能够稳定输出49.91V
电压纹波为0.22V，输出电压的纹波控制在1%内
7.3 全桥变换器
基本工作原理
全桥变换器最主要的优点： 其初级施加的是幅值为±Vin的方波电压，而非半桥变换器的 ±Vin/2，但其开关管承受的关断电压却与半桥变换器相同， 等于最大输入直流电压。
4、输出电感的计算
VoTs Vo Lf = = 0.167mH 2 I o 2 I o fs
5、输出电容的计算
Vrr =ESR dI
ESR =
Vrr 0.01 50 = =0.83 dI 0.2 3
65 106 Cf 78uF 0.83
6、防止磁通不平衡的隔直电容的计算