半桥拓扑及应用规范

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半桥拓扑及应用要求规范

半桥拓扑及应用要求规范

半桥拓扑基础及应用规范摘要本技术文档主要针对半桥逆变器工作原理进行分析。

通过半桥逆变器开关分析得出结论,半桥逆变器可以有条件的实现软开关,从而提高效率。

描述对称半桥的主电路如图1所示。

图1中包括两个互补控制的功率MOSFET,其中M1的占空比为D,M2的占空比为(1-D),DS1和DS2是开关的体二极管,隔直电容C2,作为开关M2开通时的电源。

包括漏感Lk,励磁电感Lm的中心抽头的变压器,原边匝数为Np,副边匝数分别为Ns1和Ns2。

本文档针对下图的半桥逆变器展开分析,首先分析了逆变器架构以及半桥逆变器的优缺点,接着针对高效率的半桥逆变器工作原理进行分析,最后对变压器的设计,高压电容容值得选取进行了仿真,分析,并给出结论。

Figure-1 半桥逆变器架构示意图1.半桥逆变器设计分析因液晶屏本身没有发光功能,这就需要在液晶屏后加一个照明系统,该背光照明系统由发光部件、能使光线均匀照射在液晶表示面的导光板和驱动发光部件的电源构成。

现在发光部件的主流为被称作冷阴极管的萤光管。

其发光原理与室内照明用的热阴管类似,但不需象热阴管那样先预热灯丝,它在较低温状态就能点亮,因此叫冷阴极管。

但要驱动这种冷阴极管需要能输出1000~1500V交流电压的特殊电源。

这种特殊电源称之为逆变器。

小尺寸CCFL(22寸以下)逆变器方案中,由于半桥架构设计简单,成本低,应用非常广泛,通常使用一个P+N的场效应管即可实现,其工作模式比较简单,下图为小尺寸方案中,半桥架构的波形和电路示意图。

从成本和效率的角度考量,大尺寸LCD-TV逆变器的输入逐渐改为由PFC(380V-400V)的输出直接输入,这就是我们所说的LIPS(LCD-TV Integrated Power Supply,液晶集成电源)方案。

Figure-4 LIPS电源和逆变器架构大尺寸LIPS方案逆变器采用半桥或者全桥架构,半桥架构一般采用定频,MOSFET处在硬开关状态,这样会导致MOSFET上面很大的开关损耗,此外这种硬开关导致的EMI必须通过相应的手段去处理才能符合EMC 的规范要求。

LLC半桥拓扑分析 [开关电源的测试与分析系列之五 (V1

LLC半桥拓扑分析 [开关电源的测试与分析系列之五 (V1

……谐振腔中直流成分为
24
Vin ,交流成分最大幅值为 Vin ,另外分压之比等于阻抗之比;
2
2
LLC 稳压的原理,如图 2-35:
鼎阳硬件设计与测试智库
文档编号:HWTT0146
设 k= Lp ,x= f ,Q= 2frLs
Ls fr
Rac
图 2-35
则有:
sLp // Rac
jXLm // Rac
输出电流为正弦波,且与电压的基波同相位)
2
Io=
Ts
Ts 0
/
2
IR1sin(2

fs-
R)dt=
2
IR1……③(输出电流 Io 等于变压器次级输出电流的平均值)

由公式③得出 IR1= Io,则②式可转为:
2

Ir1=
Io sin(2
fs- R)
……④
2
由①④式子联合得出:Re=
Vr 1(t ) Ir1(t )
鼎阳硬件设计与测试智库
文档编号:HWTT0146
LLC 半桥拓扑分析 [开关电源 的测试与分析系列之五 (V1.0)]
文档编号:HWTT0146
鼎阳硬件设计与测试智库
文档编号:HWTT0146
LLC 半桥拓扑分析 [开关电源的测试与分析系列之 五 (V1.0)]
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2、LLC 半桥拓扑 LLC 半桥的基本原理
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半桥式开关电源设计

半桥式开关电源设计

半桥式开关电源设计半桥式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构,广泛应用于电子设备中。

在半桥式开关电源中,将整个电源线路分为两个部分,每个部分分别由一个开关管和一个变压器组成。

这种设计能够提高电源的效率和功率密度,同时减少传导和辐射干扰。

1.选择开关管和变压器:开关管应具有较低的导通压降和开关损耗,以提高电源的效率。

变压器的选择应考虑到输入和输出电压的比例,同时保证在额定功率下具有足够的绝缘和耐压性能。

2.设计谐振网络:为了减少开关管的开关损耗和变压器的电流冲击,通常在输入端设置一个谐振网络。

谐振电容和电感的选择应确保在整个工作频率范围内实现临界谐振。

3.选择电源控制芯片:电源控制芯片是半桥式开关电源的核心组件,负责监测输入和输出电压,并根据需求控制开关管的导通和关断。

选择合适的电源控制芯片应考虑到电源的额定功率、工作频率和保护功能等。

4.控制策略设计:半桥式开关电源的控制策略包括电源开关频率调制和输出电压调节。

电源开关频率调制通过调整开关管的导通时间来实现,可以根据负载需求进行动态调整。

输出电压调节通常采用反馈控制,通过监测输出电压并调整开关管的导通时间来实现。

5.保护电路设计:保护电路是半桥式开关电源设计中不可或缺的部分,可以确保电源在故障情况下自动断开。

常见的保护电路包括过电流保护、过温保护和过压保护等。

6.PCB布局和散热设计:半桥式开关电源的布局和散热设计对电源的性能和可靠性有重要影响。

合理的PCB布局可以减少电源线路的互感和耦合,同时提供良好的散热通道,确保开关管和变压器的温度在可控范围内。

以上是半桥式开关电源设计的基本步骤,其中每个步骤都需要深入研究电源的性能需求和器件的选型。

在设计过程中还需要进行电源的仿真和测试,以确保设计的可靠性和稳定性。

同时,还需要考虑到电源的EMC(电磁兼容)设计,以减少传导和辐射干扰对其他设备的影响。

总之,半桥式开关电源的设计是一个综合性的工程,需要仔细考虑电源的性能需求和设计要求,选择合适的器件和控制策略,进行合理的布局和散热设计。

mos管半桥驱动电路

mos管半桥驱动电路

mos管半桥驱动电路MOS管半桥驱动电路引言:MOS管半桥驱动电路是一种常用的电路拓扑结构,用于控制和驱动MOS管的开关动作。

它在各种应用中广泛使用,如电机驱动、电源转换器和逆变器等。

本文将详细介绍MOS管半桥驱动电路的原理、工作方式以及其在实际应用中的优势。

一、原理:MOS管半桥驱动电路由两个MOS管组成,分别称为高侧MOS管和低侧MOS管。

高侧MOS管与低侧MOS管之间通过一个电源连接,形成一个半桥结构。

在工作时,通过控制高侧MOS管和低侧MOS管的导通和截止,可以实现对电路的开关控制。

二、工作方式:1. 上桥臂工作方式:当高侧MOS管导通时,电源正极连接到负载,负载得到电源供电;当高侧MOS管截止时,电源正极与负载断开,负载不再得到电源供电。

2. 下桥臂工作方式:当低侧MOS管导通时,电源负极连接到负载,负载得到电源供电;当低侧MOS管截止时,电源负极与负载断开,负载不再得到电源供电。

3. 上下桥臂配合工作方式:通过控制高侧MOS管和低侧MOS管的导通和截止,可以实现上下桥臂的配合工作。

当高侧MOS管导通时,低侧MOS管截止,负载得到电源供电;当高侧MOS管截止时,低侧MOS管导通,负载断开。

三、优势:1. 低功耗:MOS管半桥驱动电路采用MOS管作为开关元件,具有低导通电阻和快速开关速度,从而降低功耗。

2. 高效率:由于MOS管的导通电阻小,能够减小功率损耗,提高电路的效率。

3. 可靠性高:MOS管半桥驱动电路采用了双MOS管结构,能够有效地减小开关过程中的电压和电流的冲击,提高电路的可靠性。

4. 控制灵活:通过控制高侧MOS管和低侧MOS管的导通和截止,可以实现对电路的精确控制,满足不同应用的需求。

5. 适应性强:MOS管半桥驱动电路适用于各种电压和电流范围的应用,具有较好的适应性。

结论:MOS管半桥驱动电路是一种常用的电路拓扑结构,具有低功耗、高效率、可靠性高、控制灵活和适应性强等优势。

llC半桥工作原理

llC半桥工作原理

llC半桥工作原理
LLC半桥(Half-Bridge)是一种常用于交流/直流转换或高频
电源应用的拓扑结构。

其工作原理如下:
1. 拓扑结构:LLC半桥由两个功率开关管(MOSFET或IGBT)和一个电感(L)组成,中间连接负载。

其中,两个功率开关
管被称为上开关和下开关。

2. 工作周期:LLC半桥通常根据电流、电压或其他信号进行
控制,以确定每个工作周期的开始和结束。

一个工作周期通常分为四个阶段:上半桥开、下半桥开、上半桥关和下半桥关。

3. 上半桥开:在上半桥开阶段,上开关导通,下开关关断。

此时,电流从电源流向负载,负载获得能量。

4. 下半桥开:在下半桥开阶段,上开关关断,下开关导通。

此时,电流从负载流向电源,之前蓄积在电感中的能量被释放。

5. 上半桥关:在上半桥关阶段,上开关关断,下开关仍然导通。

此时,电感中的能量被负载消耗。

6. 下半桥关:在下半桥关阶段,上开关关断,下开关导通。

此时,电感中的能量继续被负载消耗。

通过周期性地改变上开关和下开关的导通状态,LLC半桥可
以实现交流/直流转换或高频电源应用。

其具有高效、高可靠
性和低噪音等优点,因此在许多领域得到广泛应用。

半桥和全桥变换器拓扑——第五章-PPT精选文档

半桥和全桥变换器拓扑——第五章-PPT精选文档

5.2.4 防止磁通不平衡的阻断电容的选择
图3.1中初级串联小电容Cb是为了避免磁通不平衡问题。 磁通不平衡在初级置位伏秒数与复位伏秒数不相等时发生。
在半桥电路中,若C1、C2接点处电压不能精确到电源电压的一半, 则Q1导通时初级承受的电压将与Q2导通时的不相等,磁通会沿磁滞 回线正向或反向持续增加直至使磁心饱和,损坏开关管。
2、初级电流、输出功率、输入电压之间的关系
设效率为80%,则 电源输入电压最低时,输入功率等于初级电压最小值与对应的初级电流 平均的乘积。即 1.25Po=(Vdc/2)(Ipft)(0.8T/T)
5.2 半桥变换器拓扑
3、初级线径的选择
半桥拓扑初级电流有效值 ,由式(3.1)可得
4、次级绕组匝数和线径的选择
5.1 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。
5.2 半桥变换器拓扑
5.2.1 工作原理
整流和滤波
S1断开时,输入为220V交流电,电 路为全波整流电路,滤波电容C1和 C2串联,整流得到的直流电压分子 约为1.41*220流器。在输 入电压的正半周,A点相对于B点为 正,电源通过D1给C1充电,C1电压 为上正下负,峰值约为1.41*1201=168V;在输入电压的下半周,A 点电压相对于B点电压为负,电源通 过D2给C2充电,C2电压为上正下负, 峰值也为168V,两个电容串联的输 出为336V.
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Vdc的电压并使Q2承受反压,造成两个开关管的损坏。但 由于D6的钳位作用,Np的同名端电压就不会低于负母线电压。

半桥电路工作原理与应用

半桥电路工作原理与应用

半桥电路工作原理与应用半桥电路是一种常用的电源开关电路,具有简单、可靠、高效的特点。

它由两个功率开关管(一般为MOS管或IGBT)和两个二极管组成。

其中,一个功率开关管和一个二极管连接在正电源上,另一个功率开关管和另一个二极管连接在负电源上。

这样就形成了一个由两个平衡的并联电流通道组成的电路。

当半桥电路的控制信号为高电平时,两个功率开关管之间存在低电平,此时上面的功率开关管导通,下面的功率开关管关闭。

在这种情况下,正电源的电能通过导通的功率开关管流向电路负载,再经过下面的二极管流回负电源,完成一个半周期的电流循环。

当半桥电路的控制信号为低电平时,两个功率开关管之间存在高电平,此时下面的功率开关管导通,上面的功率开关管关闭。

在这种情况下,负电源的电能通过导通的功率开关管流向电路负载,再经过上面的二极管流回正电源,完成另一个半周期的电流循环。

通过控制信号的高低电平变化,可以使半桥电路实现不同的输出方式,如全电压输出、半电压输出和零电压输出等。

半桥电路的应用:1.电源变换器:半桥电路可以通过控制信号的切换,将输入电源的直流电压转换成所需的交流电压,用于给各种电器设备供电。

这种应用主要用于电动工具、家用电器和工业自控设备等领域。

2.可逆变频电源:半桥电路可以将直流电源转换为交流电源,实现电机的调速控制。

这种应用主要用于工业现场的电机控制和电力系统的逆变频调节。

3.电力因数补偿装置:半桥电路可以通过控制信号的切换,将电源的有功电流和无功电流进行动态调节,从而实现对电力因数的补偿。

这种应用主要用于电力系统的功率因数调节和效率提升。

4.光伏逆变器:半桥电路可以将光伏电池的直流输出转换为交流输出,供电给电网。

这种应用主要用于光伏发电系统的连接和电力输送。

总结:半桥电路是一种常用的电源开关电路,具有简单、可靠、高效的特点。

它通过切换功率开关管和二极管的导通状态,实现对输入电源的电能流向进行控制。

通过控制信号的高低电平变化,可以实现不同的输出方式。

半桥电路工作原理与应用

半桥电路工作原理与应用

半桥电路工作原理与应用半桥电路是一种常见的功率电子变换器,主要用于将直流电源转换为交流电源。

它由两个功率开关管(通常是MOSFET或IGBT)、两个自由轮二极管和一个输出变压器组成。

半桥电路的工作原理如下:1.当上管(开关管1)导通时,电源正极接到上管的源极,下管(开关管2)为关断状态。

此时,电源正极的电流通过上管、输出电感和输出负载,形成一个闭合的回路,使得电源电流向负载输出。

2.当上管关断时,自由轮二极管导通,形成一个回路,使得自由轮二极管上的电流通过输出电感和输出负载,形成一个闭合的回路,此时实现了电流的连续流动。

半桥电路的工作过程可以简化为以下几个步骤:1.上管导通,电源正极的电流通过上管和输出电感进入负载。

2.上管关断,自由轮二极管导通,形成一个回路,使得负载中的电流通过自由轮二极管和输出电感回流。

3.根据负载的需求,不断循环上述两个步骤,从而实现负载的功率输出。

半桥电路具有以下优点:1.支持双向电流流动,可以在正、反两个方向上实现电流的流动,从而实现输出电流的正反转。

2.具有较高的功率转换效率,能够将入口电源的直流电转换为交流电,从而实现功率的传输与控制。

3.结构简洁,控制电路相对简单,容易实现自动化控制与运行。

半桥电路的应用非常广泛,主要包括以下几个方面:1.逆变器。

半桥电路可以将直流电源转换为交流电源,常见的应用如逆变器,用于将直流电池的电能转换为交流电,供给交流负载。

2.高频开关电源。

半桥电路可以通过高频开关,实现对电能的快速调节与变换,用于驱动电机、LED照明等领域。

3.高效电力转换器。

半桥电路可用于功率因素校正、电网无电池微网、交流调压调功等电力转换应用,能够提高电能的利用效率。

4.汽车电子。

半桥电路可以用于汽车电子,例如电动汽车的电驱动系统、DC-DC转换器等。

总之,半桥电路作为一种常见的功率电子变换器,具有结构简单、控制方便、功率效率高等优点,广泛应用于各个领域,对于实现电能的转换与控制具有重大意义。

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半桥拓扑基础及应用规范摘要本技术文档主要针对半桥逆变器工作原理进行分析。

通过半桥逆变器开关分析得出结论,半桥逆变器可以有条件的实现软开关,从而提高效率。

描述对称半桥的主电路如图1所示。

图1中包括两个互补控制的功率MOSFET,其中M1的占空比为D,M2的占空比为(1-D),DS1和DS2是开关的体二极管,隔直电容C2,作为开关M2开通时的电源。

包括漏感Lk,励磁电感Lm的中心抽头的变压器,原边匝数为Np,副边匝数分别为Ns1和Ns2。

本文档针对下图的半桥逆变器展开分析,首先分析了逆变器架构以及半桥逆变器的优缺点,接着针对高效率的半桥逆变器工作原理进行分析,最后对变压器的设计,高压电容容值得选取进行了仿真,分析,并给出结论。

Figure-1 半桥逆变器架构示意图1. 半桥逆变器设计分析因液晶屏本身没有发光功能,这就需要在液晶屏后加一个照明系统,该背光照明系统由发光部件、能使光线均匀照射在液晶表示面的导光板和驱动发光部件的电源构成。

现在发光部件的主流为被称作冷阴极管的萤光管。

其发光原理与室内照明用的热阴管类似,但不需象热阴管那样先预热灯丝,它在较低温状态就能点亮,因此叫冷阴极管。

但要驱动这种冷阴极管需要能输出1000~1500V交流电压的特殊电源。

这种特殊电源称之为逆变器。

小尺寸CCFL(22寸以下)逆变器方案中,由于半桥架构设计简单,成本低,应用非常广泛,通常使用一个P+N的场效应管即可实现,其工作模式比较简单,下图为小尺寸方案中,半桥架构的波形和电路示意图。

从成本和效率的角度考量,大尺寸LCD-TV逆变器的输入逐渐改为由PFC(380V-400V)的输出直接输入,这就是我们所说的LIPS(LCD-TV Integrated Power Supply,液晶集成电源)方案。

Figure-4 LIPS电源和逆变器架构大尺寸LIPS方案逆变器采用半桥或者全桥架构,半桥架构一般采用定频,MOSFET处在硬开关状态,这样会导致MOSFET上面很大的开关损耗,此外这种硬开关导致的EMI必须通过相应的手段去处理才能符合EMC 的规范要求。

在成本上,因为逆变变压器漏感很大,储存的能量较大,而一般的MOSFET 体二极管反向截至的速度都比较慢,为了避免交叉导通。

必须增加4颗超快恢复的二极管。

但是由于LIPS 方案中,逆变器的输入电压为PFC 的输出电压,通常设计其工作在最大占空比状态,即使用变压器的漏感,匝比来控制CCFL 工作电流。

这样半桥架构同样可以实现MOSFET 的软开关状态,不仅可以获得不错效率,也可以顺利的通过EMC 规范要求。

这种方式正逐渐成为LIPS 方案中成本与性能兼顾的选择。

它的主要优点如下:∙ 定频下也可以实现零电压导通∙ 减少逆变器的EMI 问题,提高转换效率 ∙ 减小散热器面积 ∙ 提高电流正弦度∙ 不需要在桥臂上增加超快二极管值得注意的是这种架构由于最大能量传输由输入电压,漏感共同决定,需要当漏感Llk 储存能量续流完成前,打开开关管,这样两个MOSFET 工作才能在软开关状态,如下图分析。

这样将导致半桥的软开关只能在一个很窄的范围能实现,由于变压器漏感在量产时候会有20%以上的偏差,以及pfc 输入电压和液晶屏幕的微小差别,都可能导致在量产时候,逆变器的两颗MOSFET 没有工作在软开关状态,过大的开关损耗导致其损坏。

Figure-5 半桥逆变器工作时序对于上述的波形进行傅立叶分析,详尽的推导过程可以在信号与分析中获得,可以得到正弦波基波分量为:sinrms V D π==,sin rms VI V M D Vin ππ==2. 半桥逆变工作原理分析半桥架构实现软开关应用于42寸AU 屏和32寸AU 屏的逆变器方案中,它是通过在二次侧对驱动的处理——在同一桥臂的两个MOSFET 直接插入漏感续流时间,来实现在一个较窄的范围内软开关的。

下面对这种工作原理的每一个状态逐一进行分析。

初始状态时Q1=>On;Q2=>OFF,原边向次边传输能量,电流方向:Q1→Tr →C1→GND第一阶段:Q1=>Off; D(Q2)=>On;当Q1=Off 时,由于变压器一次侧存在自感电压,使得变压器一次侧的电流不能立即中断,故当Q1=Off 时,Q2自身的二极管D 被打开,此时电流方向:GND →Q2→Tr →C1→GNDQ2晶体管Gate 和Drain 的波形图Q2-GateQ2-Drain第二阶段: Q2=>On,当Q2自身二极管被打开时,在二极管的Source 和Drain 之间电压大约为V DS =-0.7V ,这时Q2晶体管被打开,因此,Q2开关晶体管有零电压切换功能。

此时电流方向:Q2→Tr →C1→GND 。

Q2晶体管Gate 和Drain 的波形图Q2-GateQ2-Drain第三阶段: Q2=>On, 此时原边向次边传输能量,电流流向:GND →C1→Tr →Q2→GND (因为C1存在,所以漏感续流后电流反向)第四阶段:Q2=>Off;D Q1=>On,当Q2=Off 【半桥只能做到零电压开启(其实还是有0.7V ),不能做到零电流关断】时 由于变压器一次侧存在自感电压,使得变压器一次侧的电流不能立即中断,故当Q2=Off 时,Q1自身的二极管D 被打开, 电流流向:GND →C1→Tr → D Q1→PFCQ1晶体管Gate 和Drain 的波形图Q1-GateQ1-Drain第五阶段:Q1=>On;, 开关晶体管Q1的Source 和Drain 之间的电压V DS =-0.7V,这时开关晶体管Q1被打开,因此,晶体管Q1具有零电压切换功能。

Q1晶体管Gate 和Drain 的波形图Q1-GateQ1-Drain通过对每一个阶段工作状态的分析,两个MOSFET 均可以实现软开关,提高效率。

但是如果漏感选择不恰当,或者占空比太小,在第一阶段续流和第四阶段漏感续流结束后才打开Q1和Q2,Q1和Q2将工作在硬开关状态,同样不能实现软开关,这是在设计中需要注意的问题。

实际的工程设计中,通常会让半桥工作在最大占空比状态,即保证续流时间内打开Q1和Q2。

3. 变压器的设计与分析3. 1谐振电路的分析与仿真LCD-TV 逆变器是通过变压器的漏感、谐振电容与CCFL 灯管的阻抗共同构成一个LCR 二阶电路对方波进行滤波来产生一个近似的正弦波的。

为了计算变压器的参数,对逆变器架构进行了简化,下图是这个电路的简化过程。

根据这个等效电路进行仿真可以得到下面左图的增益曲线,其中频率”L”表示的原边隔直电容Cs与主电感Lm之间谐振产生的谐振点,通常这个频率点都非常低,低于10kHz,逆变器没有工作在这个频率点附近,所以计算中,我们可以忽略两个元器件产生的效应。

频率点”H”表示的是漏感”Llk,高压电容Cp和CCFL阻抗R产生的谐振点,这三个元器件值的选取在半桥谐振电路中是最重要的,它们综合作用,决定了开路电压,灯管电流,和工作频率。

针对变压器的漏感”Llk,高压电容Cp和CCFL阻抗R产生的谐振点我们进行分析,变压器的输出电压为Vin*N*Q,Vin表示变压器原边的rms值,可以看出当增益减小时,变压器的输出电压也会减小而从增益曲线可以看出,当CCFL没有被点燃,处于无穷大阻抗时产生,谐振点上有一个很大的增益将可以灯管点燃当负载,而当CCFL灯管的阻抗减小时,谐振电路的电压增益和谐振点都会减小,此时,可以保证CCFL灯管的正常工作。

3.2逆变器的等效电路在半逆变器架构中,包括了隔直电容Cs,原边漏感Ll1,原边主感Lm,匝比Np:Ns,次边漏感Ll2,屏的寄生电容Cpara和高压电容Cout,如下图所表示。

在工程设计中,需要对这个架构进行简化和等效,使其便于工程计算。

定义Co等于Cout和寄生电容之和,Neff为考虑实际原次边之间所存在较大的漏感后的匝比(0.8eff n n =),在实际计算中,将原边的搁置电容、漏感和主感等效到二次侧后,可以得到等效电路:21eff l n L 在工程设计是一个非常小的值可以忽略不计,如前面所述的,2/o C n 和2M n L 产生的谐振点远低于逆变器的工作频率,也即是在工程设计中,2M n L 是一个非常大的值,在增益计算中可以忽略。

这样就得到了下图的等效电路。

将电路简化后,可以得到拐点频率为:0ω=0001I I P PZ L C C ωω===相对于这个拐点频率的加载品质因数为:000lamplamp L P lamp IR R Q C R L Z ωω===由等效电路可以得出输入阻抗为:2000111111lamplamp L p lamp pL R j R Q j C Z j L R j C Q ωωωωωωωωω⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥-+ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦=+=⎛⎫++ ⎪⎝⎭0Z Z = 22001arctan 1L L Q Q ωωϕωω⎧⎫⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎪⎪⎢⎥=+-⎨⎬ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎪⎪⎣⎦⎩⎭,cos S R Z ϕ=,sin S X Z ϕ=谐振频率r f 定义为当相位角为零时的频率,则可以得到2200110L L Q Q ωωωω⎡⎤⎛⎫⎛⎫⎢⎥+-= ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦,也即是0r f f =1L Q ≥根据等效电路,得到电压传递函数为:2001111111lampplamp pj Vr Vr lamppL lamppR j C R j C M M e R j j C Q j L R j C ϕωωωωωωωωω+====⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭++所以电压增益和相位角分别为:Vr M ==,0201arctan 1L Q ωωϕωω⎡⎤⎛⎫⎢⎥⎪⎢⎥⎝⎭=-⎢⎥⎛⎫⎢⎥-⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦所以可以得到增益最大为:()1Vr MAX M =,当 0L Q <≤()Vr MAX M =L Q ≥这样再根据上述第一小节中原边傅立叶分析的结果,可以得到输入和输出的传递函数为:()lamp VI VI Vr INV M M n M V===所以可以得到增益最大为:()VI MAX M =0L Q <≤()VI MAXM =L Q ≥3. 3 逆变变压器的设计实例基于上面的分析和结论,可以设计一个逆变变压器,首先,定义参数,在32寸AU 屏的设计中,使用隔离变压器,将PFC 的输出电压降为100V 的电压,然后通过逆变器进行了升压,所以定义逆变变压器的输入电压为100V根据屏的规格书可以的得到所要求的灯管电流lamp I 、工作电压lamp V 和灯管的工作频率s f 接着设计变压器的一次侧匝数,定义:min p N = 一次侧的最小匝数Vin = 谐振电路的输入电压 B ∆ = 磁芯密度 (Tesla)max T ∆ = MOS 的最大导通时间(us )Ae = 磁芯的横截面积 (mm2)对于大部分的磁芯,其磁芯密度都为400mT ,所以可以得到在实际中将B ∆设计为200mT ,输入电压为隔离变压器输出电压100V ,这样可以得到变压器的一次侧匝数为:,min max,min IN p eV T N B A ⋅∆=∆⋅=119选定一个合适QL ,一般在最大占空比的软开关情况下,选QL=1,此时0r f f =,所以可以工作在ZVS 状态,由QL 可以计算出谐振频率点为:0f f ==63.64k由此根据输入电压与输出电压的传递函数,可以计算出变压器的匝比为:n ≥=8.1 同时由规格书可以得到CCFL 的等效阻抗为:lamp lamp lampV R I ==61.53k通过前面计算出来的谐振频率,并且假定灯管的并联寄生电容为10pF ,可以计算出输出的高压电容为:01525Lout p para lampQ C C C pF pF R ω=-=-=再根据前面分析的加载品质因数000lamplamp L P lamp IR R Q C R L Z ωω===,可以得出漏感为:0lampI LR L Q ω==153.90mH以上计算的为最少的初级匝数,但是为了获得比较大的漏感,通常需要加大二次侧的匝数,也就是说会在匝比不变的情况下加大初级和次级的匝数来获得较大的漏感。

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