双向半桥电路分析及仿真
半桥功率开关驱动电路仿真试验
内燃机测试技术试验实验半桥功率开关驱动电路仿真试验实验学时：2实验类型：基础型实验对象：本科生一．实验目的：1.了解半桥功率开关驱动电路的工作原理和应用。
2.了解半桥功率开关驱动方式的实现原理和特点。
3.掌握半桥功率开关驱动电路关键元器件选择和电路保护。
二．实验原理及设备说明1.半桥功率开关驱动电路的工作原理半桥功率开关驱动的原理结合了高低端功率开关驱动的特点，负载的连接方式有两种，一种是一端通过高低端功率管的串联共同接点引出，另外一端一般接地，驱动原理图如图1所示；另外一种连接方式是负载串联在高低开关管中间，驱动原理如图2所示。
高端和低端控制信号呈反相关系，而且高低端控制信号之间加入死区控制时间，防止高低位开关管同时导通出现电源和地短路的异常情况。
没有控制信号的时候，高位开关管不导通，低位开关管导通，此时负载中没有电流流过或者电流通过低位管进行续流；控制信号有效的时候，打开高位开关管，于是电流从电源正端经过半桥的开关管，然后经过负载流出，最后通过地线形成回路，此时低位开关不导通。
图1 半桥驱动原理图图2 负载串联高低端方式由于半桥电路采用了高低位开关管的方式，因此一般需要两个开关管，而且由于功率开关管N型和P型的不同，故可以有4种不同的实现方式，其中以高位N型，低位N型和高位P型，低位N型使用最为普遍。
高位P型，低位N型的控制方式最为简洁，因为P型高位开关管的控制一般采用负逻辑，而低位N 型开关管一般采用正逻辑，实现起来最为方便。
高低位均采用N型开关管的好处是，可以通过较大的电流，适用于功率较大的负载，缺点是和高位开关控制一样，需要比较负载的高位控制逻辑，一般高位必须采用自举电路或者充电泵电路实现高端控制，具体的实现方式见高位开关驱动电路一节。
2.半桥功率开关驱动方式的实现原理和特点由半桥功率开关驱动的原理知道，半桥功率开关最大的难点仍然是高位开关管的控制，其中高位开关控制的方式有两种，分别是G端电压跟随S端电压浮动的自举驱动方式，另外一种是G端恒定电压的驱动方式，两者的驱动原理实现分别如图3和4所示。
双向对称半桥llc 短路电流
双向对称半桥llc 短路电流摘要：1.双向对称半桥llc 的概述2.短路电流的产生原因3.短路电流的计算方法4.短路电流的影响及应对措施5.总结正文：一、双向对称半桥llc 的概述双向对称半桥llc（Low-Side and High-Side）是一种用于变换电压和电流的电力电子电路，具有优越的性能和效率。
它主要由两个半桥可控整流器组成，一个控制电源的正半周期，另一个控制电源的负半周期。
这种结构使得llc 能够在整个输入电压范围内实现连续的输出电压调节，从而满足各种应用场景的需求。
二、短路电流的产生原因在双向对称半桥llc 电路中，短路电流的产生原因主要有以下几点：1.电感元件的电流不能瞬间改变，导致短路电流产生。
2.开关管的关断过程中，由于寄生电容的存在，会产生尖峰电压，使得短路电流瞬间增大。
3.当输入电源电压为正半周期时，两个半桥整流器同时导通，形成短路电流。
三、短路电流的计算方法短路电流的计算方法通常采用瞬态分析法。
首先，根据电路的结构建立等效电路模型，然后通过求解微分方程，得到短路电流的波形。
在实际应用中，也可以采用经验公式或仿真软件进行计算。
四、短路电流的影响及应对措施短路电流对双向对称半桥llc 电路的性能和可靠性具有重要影响，主要表现在以下几个方面：1.短路电流会导致开关管过载，降低电路的效率和可靠性。
2.短路电流可能引起电磁干扰，影响电路的稳定性。
针对短路电流的影响，可以采取以下应对措施：1.选择合适的开关管，提高开关速度和承受短路电流的能力。
2.优化电路布局，减小寄生电容，降低短路电流的尖峰值。
3.采用短路保护电路，限制短路电流的大小和持续时间。
五、总结双向对称半桥llc 电路在电力电子领域具有广泛的应用，短路电流是影响其性能和可靠性的一个重要因素。
半桥性能实验报告
半桥性能实验报告1. 引言本实验旨在研究和分析半桥电路的性能特点和工作原理。
半桥电路是一种常用的电源转换器拓扑结构，在电力电子领域具有广泛的应用。
通过实验，我们将探究半桥电路在不同工作条件下的性能表现。
2. 实验设备和材料•电源：直流电源•电容器：用于平滑输出电压•开关管：用于控制电流流向•负载电阻：模拟实际负载条件3. 实验步骤3.1 实验装置搭建首先，我们需要搭建半桥电路实验装置。
按照电路图连接电源、电容器、开关管和负载电阻。
确保电路连接正确无误。
3.2 实验参数设置在实验开始之前，我们需要设置一些实验参数，包括输入电压、输出电压和负载电阻。
这些参数会直接影响半桥电路的性能表现。
3.3 实验数据采集接下来，我们开始采集实验数据。
通过改变输入电压、输出电压和负载电阻，记录下不同实验条件下的电流、电压和功率等数据。
同时，可以利用示波器观测电路中的电压和电流波形，以进一步分析电路的性能特点。
3.4 实验结果分析在完成数据采集后，我们对实验结果进行分析。
根据实验数据，可以计算出半桥电路的效率、功率因数和输出电压波动等参数。
通过对比不同实验条件下的数据，我们可以得出一些结论，如半桥电路在何种输入电压范围内工作更稳定、如何选择合适的负载电阻等。
4. 结论通过本次实验，我们深入了解了半桥电路的性能特点和工作原理。
通过实验数据的分析，我们得出了一些结论，并对半桥电路的优化提出了建议。
实验过程中我们还发现了一些潜在问题，例如开关管的损耗和电容器的寿命等。
这些问题值得进一步的研究和探讨。
5. 参考文献在本次实验中，我们参考了以下文献：1.张三, 李四. 电力电子基础与应用[M]. 机械工业出版社, 2010.2.王五, 赵六. 电子电路实验教程[M]. 清华大学出版社, 2015.6. 致谢在此，我们要感谢实验室的老师和同学们在本次实验中给予我们的帮助和指导。
他们的支持对我们的研究工作有着重要的影响和贡献。
一种半桥式变换器设计及仿真分析
引言：随着电力电子技术的广泛应用，越来越多的电子设备需要交流电压转换成为直流电压才能正常工作，因此交流电压到直流电压的变换器在各种电子设备中具有重要的地位。
半桥式变换器是直流电压变换的一种常见方案，它具有简单、可靠、成本低等优势，受到广泛关注。
本文通过对半桥式变换器的设计与仿真分析，系统介绍半桥式变换器的工作原理、设计流程、MATLAB 仿真和硬件实现，旨在对电力电子工程师和研究人员提供帮助和指导。
一、半桥式变换器的工作原理半桥式变换器从AC 电源输入处采集交流电压，并经过一个整流电路变成直流电压，再由MOSFET、IGBT 等器件控制，在变压器的作用下将直流电压变换为不同大小的交流电压。
同时变压器的二次侧根据用途转换为高频、低频、大电流、小电流、高电压等不同的输出信号。
图1 展示了半桥式变换器的基本原理框图。
(图1 半桥式变换器原理框图)半桥式变换器的输出特点取决于所使用的变压器的结构，变压器一般采用软磁材料制成。
高频变压器选用磁性材料，沉底铁心，SOFT 模式，以减小漏感，减小输出电感大小，增加输出电容，提高输出电流能力；中频变形器选用铁氧体磁芯，HARD 模式，以减小头部漏感，保证小信号通路电感，输出电容一般不增加，输出电流能力较高。
二、半桥式变换器的设计流程1.电源首先需根据实际情况选择合适的电源电压和频率，比如常用的220V/50Hz 的交流电源。
2.输出参数根据实际需求，选择输出电压、电流、功率等参数。
3.变压器设计变压器的参数，包括输入电压、输出电压、输出电流等。
4.变频器选用合适的变频器，比如MOSFET、IGBT 等，需满足电源频率和输出电流的要求。
此外，变频器的驱动电路也需要进行设计。
5.控制电路半桥式变换器的控制电路包括PWM 控制电路、保护电路等，其中PWM 控制电路主要包括比例积分控制、PID 控制等。
6.反馈电路反馈电路用于实现反馈控制和保护，如过电流保护、短路保护等。
双重移相控制的双向全桥DCDC变换器及其功率回流特性分析
双重移相控制的双向全桥DCDC变换器及其功率回流特性分析一、本文概述本文旨在对双重移相控制的双向全桥DCDC变换器进行深入研究，并探讨其功率回流特性。
随着电力电子技术的快速发展，DCDC变换器作为能源转换与管理的核心组件，广泛应用于电动汽车、可再生能源系统、数据中心等众多领域。
其中，双向全桥DCDC变换器因其高效率、高功率密度和灵活的能量双向流动特性而受到广泛关注。
双重移相控制策略作为一种先进的调制方法，能够有效优化双向全桥DCDC变换器的性能。
它通过独立控制两个桥臂的移相角，实现输出电压和电流的精确调节，同时提高变换器的整体效率。
然而，双重移相控制策略也带来了复杂的功率回流问题，即在变换器工作过程中，部分功率会在不同桥臂之间回流，导致能量损失和效率下降。
因此，本文将对双重移相控制的双向全桥DCDC变换器的功率回流特性进行深入分析。
我们将建立变换器的数学模型，明确功率回流产生的机理和影响因素。
然后，通过仿真和实验验证，研究功率回流对变换器性能的影响程度，并提出相应的优化措施。
我们将总结双重移相控制策略在双向全桥DCDC变换器中的应用前景，为相关领域的研究和实践提供参考。
二、双重移相控制的双向全桥DCDC变换器基本原理双重移相控制的双向全桥DCDC变换器是一种高效、灵活的电能转换装置，能够实现双向的电能传输和功率回流。
其基本原理在于通过两个独立的移相控制策略，分别控制全桥变换器的两个桥臂，从而实现输入与输出之间的电压和电流的灵活调节。
变换器由两个全桥电路组成，每个全桥电路包括四个开关管，通过控制开关管的通断状态，可以实现电能的输入和输出。
双重移相控制策略则通过独立控制两个全桥电路的移相角，实现电能的高效转换。
在功率回流过程中，双重移相控制策略可以有效地调整回流电流的大小和方向，从而实现功率的高效回流。
具体而言，当变换器工作在逆变状态时，通过调整移相角，可以控制回流电流的大小和方向，使其与输入电流相匹配，从而实现功率的高效回流。
双向对称半桥llc 短路电流
双向对称半桥LLC（Low-Leakage Current，低泄漏电流）是一种电子电路拓扑结构，常用于高效率的直流-直流（DC-DC）电源转换器中。
它通常由两个功率开关器件（通常是MOSFET或IGBT）组成，这两个开关器件分别对应半桥的上半部分和下半部分，以实现电源转换和控制。
在正常运行状态下，双向对称半桥LLC 电路工作在谐振模式下，通过谐振电感、电容和开关器件来实现能量转换。
这种工作模式通常能够提供高效率的功率转换，因此在电源设计中很常见。
关于短路电流，当一个电路中的电源输出短路时，电流会急剧增加，这可能导致电路中的元件受到过载和损坏。
对于双向对称半桥LLC 电路，其短路电流通常取决于许多因素，包括电路拓扑、开关器件的规格、电感和电容的数值等等。
为了保护电路和避免损坏，通常会在电路中加入短路保护装置，如电流限制器、过流保护器件或过流保护电路，以限制电流在短路情况下的增加，从而保护电路中的元件。
要了解特定双向对称半桥LLC 电路的短路电流，您需要查阅相关电路的设计规格和手册，或者进行电路模拟和分析，以确定在短路情况下电流的行为。
此外，在实际应用中，确保合适的短路保护是非常重要的，以防止电路受到不必要的损坏。
基于Buck-Boost的双向DCDC变换器原理分析
基于Buck-Boost的双向DCDC变换器原理分
析
基于Buck-Boost的非隔离型双向半桥DCDC变换器结构上比起隔离型的双向DCDC变换器结构简单，没有变压器，功率开关器件数目相对较少，操控方式较容易，通过全控型开关器件的反并联二极管最终实现能量双向流动，进而可以节省构建变换器的材料，并且转换效率高，因此被广泛应用于无需电气隔离的电池储能系统，光储、风储微电网系统等。
图一主电路结构
当变换器处于Buck模式时，开关管S1和开关管S2的反并联二极管构成Buck变换器，整个系统能量从左往右传递，此时蓄电池处于充电状态；当变换器处于Boost模式时，开关管S2和开关管S1的反并联二极管构成Boost变换器，整个系统能量从右往左流动，此时蓄电池处于放电状态。
结合以上的分析，我们可以知道：对基于Buck-Boost的双向DCDC变换器在进行工作原理分析，数学模型建立及控制系统设计时，可完全将其分为两个我们熟知的独立的Buck和Boost变换器去进行，进而可简化整个系统的控制难度。
此外，之前讲过的双重Buck和双重Boost变换器对此同样适用，将其结合起来可形成双重Buck-Boost双向DC/DC变换器。
这样一方面可以减小电感感量，进而减小电感体积；另一方面可减小电感电流纹波，进而可减小蓄电池充放电电流的纹波，延长蓄电池使用寿命。
以上讲了这么多优点，缺点也不是没有，总结下来最重要的一点就是：由于是非隔离结构没有变压器，进而受制于Buck和Boost变换器本身的升降压范围，无法实现输入输出大
范围匹配。
编辑：hfy
-全文完-。
半桥性能实验 实验报告
半桥性能实验实验报告半桥性能实验实验报告引言：半桥是电子电路中常见的一种电路拓扑结构，用于实现功率放大和电压变换的功能。
本实验旨在通过对半桥电路的性能实验，探究其在不同工作条件下的特性和表现。
实验目的：1.研究半桥电路的工作原理和基本特性；2.探究半桥电路在不同输入电压和负载情况下的输出特性；3.分析半桥电路的效率和功率损耗。
实验装置：1.电源：提供输入电压；2.半桥电路：包括两个开关管和两个输出电容；3.负载电阻：用于模拟真实负载；4.电压表和电流表：用于测量电路中的电压和电流。
实验步骤：1.搭建半桥电路：根据电路图，连接开关管和输出电容；2.连接电源和负载电阻：将电源的正负极分别与半桥电路的输入端和负载电阻相连；3.测量输入电压和负载电流：使用电压表和电流表，分别测量输入电压和负载电流的数值；4.记录数据：在不同输入电压和负载电流的情况下，记录电路中的电压和电流数值；5.分析数据：根据实验数据，分析半桥电路在不同工作条件下的输出特性、效率和功率损耗。
实验结果和讨论：1.输出特性：根据实验数据，绘制半桥电路在不同输入电压和负载电流条件下的输出特性曲线。
观察到在一定负载范围内，输出电压随输入电压的增加而线性增加，超过该范围后输出电压基本保持稳定。
同时，随着负载电流的增加，输出电压有所下降，这是由于电路内部的电压降和损耗引起的。
2.效率和功率损耗：根据实验数据，计算半桥电路在不同工作条件下的效率和功率损耗。
效率定义为输出功率与输入功率的比值，功率损耗则是输入功率与输出功率之差。
观察到在较低输入电压和负载电流下，半桥电路的效率较高，功率损耗较小；而在较高输入电压和负载电流下，效率下降，功率损耗增加。
这是由于在高负载情况下，电路内部的电压降和损耗增加，导致效率下降。
结论：通过对半桥电路的性能实验，我们得出以下结论：1.半桥电路在一定负载范围内，输出电压随输入电压的增加而线性增加；2.随着负载电流的增加，输出电压有所下降；3.半桥电路的效率和功率损耗与输入电压和负载电流有关，在较低工作条件下效率较高，功率损耗较小，在较高工作条件下效率下降，功率损耗增加。
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双向半桥电路拓扑结构的分析
• 双向半桥电路的拓扑如图1所示：
•
图1
• 当电池组向电动机供电时，双向DC/DC变换器成为 Boost变换器，将电池组的电压升高以提供给逆变器 一个稳定的直流电压，并且降低了电动机的电流纹波; 当电动机处在再生制动状态时，双向DC/DC变换器 成为Buck变换器，将逆变器侧的直流电压降压以对 电池组安全充电。 • 以下为两种工作模式： • 一：升压工作模式 • 在这种模式下，功率开关M1以恒定的开关频率，采 用PWM的方式工作。M2截至。这种模式下的工作电 路如图2所示：
（4）MOS管的电流和电压波形：
• 从上图可以看出当开关元件导通时，MOS管两端的电压 降约为零，电感电流流过MOS管，因此，流过MOS管的 电流也以恒定的斜率上升;当开关元件关断时，MOS管两 端承受的电压为输出电压，电感电流流过续流二极管，因 此，流过MOS管的电流为零。
• 反向工作时的闭环仿真图如图5所示：
二
双向半桥电路的仿真
• 正向工作时，闭环仿真图形如图4所示：
•
图4
• 仿真波形如下所示： • (1)得到的MOS管驱动信号波形:
• （2）输出电流和电压波形： ：
• （3）电感电流和电压波形：
• 从上图中可以看出当开关元件导通时，电感承受150V的 正向输入电源电压，电感电流以恒定的斜率上升;当开关 元件关断时，电感承受输出电压与输入电压的差为150V 的反向电压，电感电流以恒定的2b 2b
• 当M1导通时，如图2a所示，电池组电压Ui全部加到电感L 上，电感电流iL线性增长，电能以磁场能的形式存储在电 感L中，二极管D1截止。当M1关断时，如图2b所示，电感 电流通过二极管D1向输出侧流动。电池组和电感L的储能 向负载和输出电容转移，从而给输出电容C2充电。
• （4）MOS管的电流和电压波形
• 从上图可以看出当开关元件导通时，MOS管两端的电压 降约为零，二极管反向偏置而关断，流过MOS管的电流 就是流过电感的电流。因此，流过MOS管的电流以恒定 的斜率上升；当开关元件关断时，MOS管两端的电压为 输入电压，电感电流流过续流二极管，因此，流过MOS 管的电流为零。
• 二 降压工作模式 • 在这种模式 下，功率开关M2以恒定的开关频率，采用 PWM的方式工作，M1截止。这种模式下的工作电路如图 3所示：
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图3a
图3b
• 当M2导通时，如图3a所示，输出电压U0加到二极管D2和 电感L、输入电容C1上，故二极管D2截止。当M2关断时， 如图3b所示，电感电流iL通过二极管D2续流，电感L的储 能向电池组转移。
•
图5
• （1）得到的MOS管驱动信号波形：
• （2）输出电压波形：
• （3）电感电流和电压波形：
• 从上图可以看出当开关元件导通时，电感承受输入电压与 输出电压的差为150V的反向电压，电感电流以恒定的斜 率下降；当开关元件关断时，电感承受输出电压为150V 的正向电压，电感电流以恒定的斜率上升。由于电感电流 的变化率与电感两端所承受的电压成正比，因此，仿真试 验中电感电流的上升率与下降率相同.