移相全桥ZVS及ZVZCS拓扑结构分析
ZVS移相全桥

ZVS 移相全桥电路设计一、主电路结构图1 主电路结构图二、参数要求(350-400)in V VD C=、48/20out V V A =三、变压器设计 (1)输出功率o Po =U =960()o o P I W(2)AP 值设定开关频率60s f kH Z =。
取电流密度2624=410J A mm A m =⨯;选定magnetics 公司R 材质的Ferrite Cores ,max B =0.14T ,则在效率=90%η、窗口系数=0.25w k 的情况下有46322960=12.698(c )20.1441060100.900.25os wP AP m B J f k η⨯==∆⋅⋅⋅⋅⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯查magnetics 公司磁芯参数表,取接近此值的磁芯,选定为:EC70,其主要参数为:413.4()e b W aAc A A cm == 2=279()e A m m 2m in 211()b A m m =144()e l m m = 44131000l A m H T =(3)确定匝比n 与初级总匝数p N采用前级推挽+后级全波整流结构,输入电压与输出电压的关系如下dc 22)1son o p N t V V N T⎡⎤=--⎢⎥⎢⎥⎣⎦(输入电压范围在350V-400V ,当(m i n )-1=348p d cV V V=,有最大占空比max D 时,输出电压达到最大48o V V =。
取最大占空比m ax 0.45D =,则n=6.4。
根据法拉第定律可以确定初级匝数p Np (m in)-63(2)0.453480.45===33.4320.14279106010on dc p ee sV t V N BA A Bf -⨯=∆∆⨯⨯⨯⨯⨯ 取(匝)(4)确定次级总匝数s Ns1234====5.3 66.4p s N N N n 取(匝)故在350V-400V 输入时,匝数比n=6、max 0.42D =、m in 0.37D =。
两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑的比较

两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑的比较移相全桥ZVS-PWM变换器是一种高效率、高可靠性的DC-DC变换器,其拓扑结构复杂,但是具有很好的电路性能和电气参数。
在实际应用中,有多种不同的移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑可供选择。
本篇文章将比较两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑,分别是基于全桥拓扑的变换器和基于三电平全桥拓扑的变换器。
1. 基于全桥拓扑的变换器基于全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器是最常用的拓扑结构。
该拓扑结构具有轻松实现基本ZVS动作的优点,无需使用任何复杂的电路,而且具有较好的成本和设计灵活性。
在实际应用中,基于全桥拓扑的变换器通常需要使用一些辅助电路,以解决谐振现象。
优点:①电路操作简单,易于实现。
②交流侧的损耗较小。
③实现高功率密度。
缺点:①输出电压受交流电源电压的波动影响较大。
②峰值应力程度较高。
2. 基于三电平全桥拓扑的变换器基于三电平全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器是近年来发展较快的一种拓扑结构。
该拓扑结构下,采用更多的功率器件以及更加复杂的电路拓扑,在谐振问题的处理方面具有重要的优势。
目前该拓扑结构在风能、太阳能等领域得到了广泛应用。
优点:①基本消耗无谐振的电路,减小了电路的开关损耗。
②输出电压呈三级结构,可轻松实现多种电压调节方式。
缺点:①开关器件数目增加,造成电路设计和控制难度大。
②在高频控制时可能造成比较强的谐振噪声。
综上所述,两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑各有优缺点,在选择时应根据实际应用需求进行评估。
虽然基于三电平全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器在谐振问题上更加优越,但其电路复杂度和控制难度也更大,适用于高要求的应用场景。
而基于全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器则相对简单易用,更适用于低功率应用。
数据分析是一种通过数学和统计学方法对数据进行分析和解释,以准确判断数据的意义和价值的方法。
在实际工作中,数据分析在市场调研、销售预测、风险管理、财务报表分析等领域都发挥着重要作用。
移相全桥ZVZCSDCDC变换器综述.

移相全桥ZVZCSDC/DC变换器综述摘要:概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC变换器,简要介绍了各种电路拓扑的工作原理,并对比了优缺点,以供大家参考。
关键词:移相控制;零电压零电流开关;全桥变换器 1概述所谓ZVZCS,就是超前桥臂实现零电压导通和关断,滞后桥臂实现零电流导通和关断。
ZVZCS方案可以解决ZVS方案的故有缺陷,即可以大幅度降低电路内部的循环能量,提高变换效率,减小副边占空比丢失,提高最大占空比,而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响。
图1 滞后桥臂零电流开关是通过在原边电压过零期间使原边电流复位来实现的。
即当原边电流减小到零后,不允许其继续反方向增长。
原边电流复位目前主要有以下几种方法: 1)利用超前桥臂开关管的反向雪崩击穿,使储存在变压器漏感中的能量完全消耗在超前桥臂的IGBT中,为滞后桥臂提供零电流开关的条件;图2 2)在变压器原边使用隔直电容和饱和电感,在原边电压过零期间,将隔直电容上的电压作为反向阻断电压源,使原边电流复位,为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件; 3)在变压器副边整流器输出端并联电容,在原边电压过零期间,将副边电容上的电压反射到原边作为反向阻断电压源,使原边电流迅速复位,为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件。
图3 2 电路拓扑根据原边电流复位方式的不同,下面列举几种目前常见的移相全桥ZVZCSPWMDC/DC拓扑结构,以供大家参考。
图4 1)NhoE.C. 电路如图1所示[1]。
该电路是最基本的移相全桥ZVZCS变换器,它的驱动信号采用有限双极性控制,从而实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流开关。
这种拓扑结构的缺陷是L1k要折衷选择,L1k太小,在负载电流很小时,超前桥臂不能实现零电压开关;L1k太大,又限制了iL1k的变化速度,从而限制了变换器开关频率的提高。
变换器给负载供电方式是电流源形式,电感L1k电流交流变化,输入电流脉动很大,要求滤波电容很大。
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。
低压大电流大功率软开关全桥变换器拓扑结构分析

低压大电流大功率软开关全桥变换器拓扑结构分析*杨钰辉 **(南京船舶雷达研究所,江苏南京210003)摘 要:分析研究了低压大电流全桥变换器电路拓扑结构。
分别介绍了功率变压器初级移相控制零电压(ZVS)P WM和移相控制零电压零电流(ZVZCS)P WM软开关全桥变换器主电路拓扑结构,以及功率变压器次级适宜采用的不同电路拓扑形式,并对其优缺点进行了对比分析。
文中简要说明了在变换器输入级加入功率因数校正环节的必要性。
关键词:发射机;变换器;拓扑结构中图分类号:TN830 文献标识码:A 文章编号:1009-0401(2007)04-0047-04 The topol ogical anal ysis of the f u ll bri dge converter based on lo w voltage,h i gh curre nt,h i gh po wer soft s w itchesY ANG Yu hui(N anjing M arine Radar Institute,N anjing210015,China)A bstract:I n th is paper,the topo log ical struct u re o f t h e lo w voltage,h i g h curren,t full bridge(FB) converter is ana l y zed.The m a i n c ircuit topolog ies of the Z VS P WM and ZVZCS P WM based so ft s w itc h i n g,full bridge converters used i n the pri m ary stage of the transfor m er are intr oduced.Besi d es,the d ifferent circu it topolog ical structures of the secondary stage o f the transfor m er are presented w ith the ir advantages and d isadvantages co m pared.The necessity of addi n g a part for pow er factor correction i n the i n put stage of t h e converter is g i v en briefly.K eyw ords:solid state trans m itter;converter;topo l o g i c al structure1 引 言随着固态功率放大技术的发展,固态脉冲雷达发射机所需电源的功率也随之增大。
一种新型移相全桥ZVZCS PWM变换器拓扑

漏 感储 能 , 在 轻 载的条 件 下 , 但 电感 能量 不 1L
二
够大 。 因此 P C F V — WM 变 换器 的滞 后 桥臂 S BZ S P 不 易 满 足 Z S条 件 。所 以有 人 开 发 出 一 种 P C V S F V C — WM 变换 器 。 种 电路 在保 证 超 前桥 BZ Z S P 这 臂开 关管 实现 零 电压开 通 的条件 下 .利用 在 变压 器原 边 串联 一个 饱 和 电感 的 方法 , 现 滞后 臂 实 的零 电流 关断 。其 特点 是滞 后 桥臂 开关 不再 并联 电容 .以避免 开通 时 电容 释放 的能 量加 大开 通损 耗 。 是 。 部加 大 电感会储 存额 外 的能量从 而 产 但 外 生大 循环 电流 而加大损 耗 。
p e e t d rsne .
Ke wo d : h s - h f  ̄l b d e c n e t r V CS e ce c y r s p a e si t l r g o v re;Z Z ; f i n y -i i
中图分 类号 :M4 T 6
文献标 识码 : A
文章编 号 :2 9 2 1 (0 6 0 — 0 5 0 0 1 — 7 3 2 0 ) 7 0 1— 6
本 文 中 提 出 了 一 种 新 型 Z Z S移 相 全 桥 VC
用 功 率 MO S管 的输 出 电容 和变 压 器 的漏 感 作 为 谐 振元 件 。使 全桥 变换 器 的 4个开 关管 依 次在 零
电压 下导 通 。 实现 恒频 软开 关 , 为全 桥零 电压 开 称
ZVZCS全桥变换器模型分析及控制系统设计

路 拓扑之一 , 中 、 在 大功率应用场合更是首选 拓扑 , 很多应用 而在 场合对其性能都有较高 的要求 , 包括效率 、 干扰 、 电磁 功率密度 和 可靠性 等。提高开关频率无疑是提高性能最 为直接 有效 的手段。
但 开关频率增大意味着 开关损 耗 的增 大 , 为解决 这一矛 盾 , 软开
变流技 术
《 气自 化 21年第3卷第3 电 动 ) 1 3 0 期
Z Z S全桥 变 换 器 模 型 分 析 及 控 制 系统 设 计 V C
张宁 云 程善 美
( 华中科技大学 控 制科学与工程系 , 湖北
武汉
4 07 3 04)
摘
要:介绍 了滞后桥臂串联二极管的全桥零 电压零 电流变换器 的结 构 , 分析 了其 工作原理 , 并利用小 信号模 型分 析方法建 立 了数学 模型 , 在此模 型基础上提 出了该全桥零 电压零 电流变换器的电压 电流双环 控制策略 , 最后 给出 了在 MA L B I LN T A /SMU I K仿 真 环境下应用该控制方案的仿 真结果 。
t a e ac oeo t nee bs nt a  ̄ n n yim t d a a o n oue ippr a do e h m t m tam dlfh c v r a do e m l i a aa s e 0 s s i r cdi ts ae e h i l eo r e t h s l gl l s h w t d l nh .Bs nt e h
t e DC mo o .An t h a t o i l t n r s l y t e MAT AB S MUL NK tos w r r s n e . h tr d a e l s ,s me smu ai e u t b h t o s L / I I o l e e p e e td
全桥移相软开关(好)

全桥移相软开关变换器结构分析作者:周志敏 上传时间:2004-12-9 8:45:13摘要摘要:: 文中分析了全桥移相控制ZVS 和ZVZCS 变换器存在的不足,针对全桥ZVZCS 软开关方案存在的问题,介绍了PS -FB -ZVZCS-PWM 电路。
Abstract : In this paper analyze PS -FB -ZVS-PWM and PS -FB -ZVZCS-PWM convertor exist issue ,be dead against issue ,introduce no-symmetry PS -FB -ZVZCS-PWM circuit 。
1 引言在DC/DC 变换器中,则以全桥移相控制软开关PWM 变换器的研究十分活跃,它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一,尤其是在中、大功率的应用场合。
移相控制方式是全桥变换器特有的一种控制方式,它是指保持每个开关管的导通时间不变,同一桥臂两只管子相位相差1800。
对全桥变换器来说,只有对角线上两只开关管同时导通时变换器才输出功率,所以可通过调节对角线上的两只开关管导通重合角的宽度来实现稳压控制。
如果我们定义此导通重合角的脉宽为输出脉宽的话,实际上就成为PWM控制方式。
因此,人们也称此类变换器为移相全桥PWM (PS -FB -PWM )变换器。
通常定义首先开通的两只开关管为超前桥臂,后开通的两只开关管为滞后桥臂。
2 移相调宽零压变换器1.移相调宽变换器的基本工作原理移相调宽桥式变换器的主电路如图1所示。
图中S1、S2、S3、S4表示器件内部的开关管,VDs1、VDs2、VDs3、VDs4表示器件内部的反并联二极管,Cs1、Cs2、Cs3、Cs 4表示器件的输出电容与外接电容的总和,CP 表示变压器T 的各种杂散电容之和。
Lr 是为改善换流条件而接入的,称为换流电感。
与传统的PWM 桥式电路相比,除增加了Lr 及V D1、VD2之外,电路拓扑并无太大差别。
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移相全桥ZVS及ZVZCS拓扑结构分析鲁雄飞河海大学电气工程学院,南京(210098)E-mail:luxiongfei@摘要:总结了基于零电压及零电压零电流全桥PWM技术的各种典型拓扑,比较分析了其拓扑结构及各自的特点。
在不同的应用场合,我们应该根据其特点选择合适的拓扑结构。
关键词:变换器;PWM;零电压开关;零电压零电流开关;中图分类号:TTP1.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:○1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)○2功率拓扑结构简单○3功率半导体器体的低电压应力和电流应力○4频率固定○5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:○1占空比丢失○2变压器原边串联电感和副边整流二极管寄生电容振荡○3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○1减小副边二极管上的电压振荡○2减少拓扑占空比丢失○3增大拓扑零电压软开关的负载适应范围[1]○4循环电流的减小和系统通态损耗的降低[2]2.典型的zvs电路拓扑2.1原边串联电感电路为了实现滞后桥臂的零电压,一般在原边串联电感(如图1所示)。
增大变压器漏感,以增加用来对开关输出电容放电能量。
该电路具有较大的循环能量,变换器的导通损耗较大,且增大了占空比的丢失。
图 1 变压器原边串联电感拓扑在实现滞后桥臂的同时,为了进一步扩大负载范围,可在原边上再串联上一饱和电感,该电路可减小占空比的损失和减小变压器副边的寄生振荡,但是饱和电感工作在正、负饱和值之间,而且频率很高,使得饱和电感的损耗较大,在低的输入电压情况下会引起较为严重的副边占空比丢失。
2.2 原边串联二极管钳位电路及其改进电路上述电路虽然实现了全桥移相电路的ZVS,但是并没有很好地解决输出整流二级管在反向恢复过程中的电压尖峰问题,基于此有文献[4]提出了钳位电路(如图2)图2 原边串联二极管钳位电路拓扑该电路在变压器原边增加一个谐振电感和两个钳位二级管,消除了输出整流管上的电压尖峰和电压振荡,从而省去了吸收电路,可以选择低压的整流管,该电路的主要缺点是:○1在原边电压为0时,谐振电感被钳位二极管短路,其电流保持不变,在电感钳位二极管和开关管中产生较大的导通损耗;○2增加了钳位二极管的电流有效值和关断损耗;○3为了防止直流偏磁,一般采用隔直电容与变压器或谐振电感串联,但隔直电容上的直流分量会导致变压器原边电流或谐振电感电流不对称,影响变换器的可靠工作。
在文献[5]中提出了上述电路的改进拓扑,把谐振电感和变压器互换位置,使钳位二极管在一个周期内只导通1次,降低了钳位二极管有效值,降低了导通损耗,进一步提高了变换器效率。
2.3 副边RCD钳位电路拓扑图2及其改进拓扑者是在原边加钳位二极管。
另一种方法是在副边加钳位电路。
图3就是一改进的副边RCD钳位电路拓扑[6],该电路能有效抑制副边管的电压过冲,同时导通损耗也较低,主要缺点是吸收电路损耗大,降低了变换器的效率。
••图3 副边RCD钳位电路拓扑2.4 加辅助谐振网络电路拓扑为了能使全桥变换电路能够工作在更大的负载范围。
文献[7]中提给出了一种新颖的变换器拓扑(如图4)••图4 加辅助谐振网络的电路拓扑在1图的基础上加入一个辅助谐振网络,该文献提出了电流增强原理,其拓扑具有以下特点:○1在任意负载和输入电压范围内实现零电压开关○2占空比丢失减小到近似接近于0○3电路的电感、电容、二极管的电流、电压应力很小,且与负载无关。
2.5 一种新型的ZVS变换器拓扑及其派生电路在文献[8]中提出一种新型的变换器拓扑及其派生电路。
该文献根据文义全桥变频电路(如图5)图5 广义的全桥变频电路提出了一种解决耗能储备与辅助电路能量之间矛盾的方法,并给出了其派生电路(如图6)。
图6 输出B为受控时的派生电路该电路能在宽负载范围和输入电压范围内实现ZVS,实现ZVS条件所需能量不仅取决于输入电压而且取决于负载,使电路在空载时也有较大能量实现ZVS。
但该拓扑引入了辅助电源,电路复杂程度有所增加。
3.ZVZCS典型拓扑以上电路采用的电源开关器件一般都选择功率MOSFET,而MOSFET的导通损耗较大。
若采用IGBT作为开关器件,可减小开关损耗,但同时IGBT有关断拖尾电流,为降低关断拖尾电流带来的关断损耗,就必须在开关管上并联大的吸收电容,这样,将导致滞后臂难以实现零电压开关,即降低软开关的适用范围,为了保证超前桥臂臂软开关负载适应范围不变,大的并联电容必将增大桥臂开关管之间的死区电压,从而减小拓扑工作的最大占空比,因此适应IGBT应用的零电压,零电流(ZVZCS PWM)变换器随之发展起来。
ZVZCS的典型拓扑有如下几种。
3.1 原边串联饱和电感拓扑图7 原边串联饱和电感拓扑如图7所示,变换器拓扑的特点是在原边串联饱和电感,当阻断电容上的电压使原边电流复位到零以后,饱和电感退出饱和,它在一小段时间内将电流钳在零位,使滞后桥臂开关实现零电流关断但是饱和电感工作在正、负饱和值之间,而且频率很高,使得饱和电感的损耗较大。
在低输入电压时会引起较为严重的副边占空比丢失。
[3]3.2 副边加有源钳位电路图8 副边加有源钳位电路在图8中,该拓扑的变压器副边采用有源箱位方式,在原边续流阶段,副边开关管开通,将钳位电压反射到原边,使原边电流下降到0。
提供零电流条件,该电路能在较大范围内实现零电压,零电流开关,丢失的占空比较小,但同时副边开关管工作在硬开关状态,降低了输出效率。
[9]3.3 副边加无源钳位电路图9 副边加无源钳位电路之一图10 副边加无源钳位电路之二在图9中,副边采用能量恢复缓冲。
在零状态时,V AB存储在阻断电容上能量传送给负载。
该拓扑副边无有源开关,从而降低了变换器的成本和控制的复杂性,同时该电路也有较明显的缺点;零状态时,阻断电容放电,滞后臂开通后,由于对阻断电容的充电,原边会产生较大的电流尖峰;超前桥臂较难开通。
[10]图10原边电流的复位方式与图9相似,副边相对复杂。
3.4 原边串联二极管电路拓扑图11 原边串联二极管电路拓扑在图11中的变换器引入了两个串联二极管。
该变换器的阻断电容串联在负载中而不是并联在负载中。
当超前桥臂开通时,不会产生过大的电流尖峰。
在超前桥臂的开关死区时间内,储存在漏感和输出滤波电感的能量使超前桥臂容易实现ZVS,可在任意负载范围实现滞后臂的ZCS。
但该变换器原边侧的通态损耗有所增加,且串联的二极管在关断时还会有一定的反向恢复电流,引起高频振荡。
[11]3.5 副边加耦合电感电路图l 2 副边加耦合电感电路在图12中,变压器辅助电路位于二次侧,绕组Ld1与Ld2耦合,当超前桥臂关断时Ld1续流,Ld2两端电压极性变产生变化。
当副边电压下降到一定程度,VD导通。
Ld2参与续流,此时,感应电势反射到原边构成反向阻断电压源使原边电流ip迅速下降至零,实现ZCS。
该电路结构相对简单,具有较好的通用性。
[12]。
4.结语全桥移相电路发展到现在,出现了众多的电路拓扑,拓扑的改进主要基于占空比,二次侧尖峰电流、负载的适应范围及变换器效率几个方面。
随着拓扑的进一步优化,许多问题都得到了解决,但各个拓扑也各自存在不足之处。
在实际使用的过程中要综合考虑各方面因素。
针对侧重点的不同,选取合适的电路拓扑。
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