ZVS移相全桥变换器设计
移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计
移相全桥ZVS变换器的小信号模型设计摘要：小信号建模分析是移相全桥ZVS变换器理论研究的重要部分，利用小信号建模分析可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统，建立符合设计要求的物理模型。
本文小信号模型基于Buck 变换器电路的开环小信号模型，利用状态空间平均法原理，搭建出峰值电流控制的闭环小信号模型。
这就需要先构分析研究Buck变换器开环小信号模型建立方法，在完成以上理论研究并搭建出闭环小信号模型基础上，为后续设计数字控制器打好基础。
关键词：状态空间平均法 BUCK变换器小信号建模一、引言性能良好的控制器是开关电源所必需的，需要建立闭环小信号模型从而完成控制器的设计。
在研究一个典型变换器系统时，当输入电压或负载发生变化时，我们常希望通过闭环反馈控制系统，来调节变换器的开关管通断时间，并且要采取相应措施来抑制输入电压、负载变化等对变换器输出参数的影响，提高系统稳定性输出精度，保持变换器系统输出电压恒定，具备较好的静态性能，并使系统的超调量、调节时间等动态性能满足设计要求。
因此，变换器作为闭环控制系统，其静态、动态性能是否满足要求，与反馈控制的设计好坏密切相关。
由于开关管、整流二极管这些非线性器件移相全桥ZVS变换器中得到了大量使用，因此移相全桥ZVS变换器是一个典型的非线性系统，较为复杂。
因此我们寻求一种高效的数学的方法，简化复杂的物理模型，从而得到一种较好理解和分析研究的数学模型，即小信号模型。
二、状态空间平均法原理分析在电路系统中，各状态变量的小信号扰动量的关系，随着系统处于某稳态工作点附近时，可以近似看做为线性特性，因此利用小信号建模分析就可以将变换器系统由非线性系统近似转化为线性系统，建立符合本文设计要求和较容易分析研究的物理模型。
[1]在简化物理模型后，电路系统中各控制量对输出电压的传递函数就可以建立起来了，之后对控制器的设计就可以利用经典控制理论来完成了。
本文采用常见且应用成熟的小信号建模方法：状态空间平均法。
移相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计
移相控制全桥ZVS—PWM变换器的分析与设计摘要：阐述了零电压开关技术(ZVS)在移相全桥变换器电路中的应用。
分析了电路原理和各工作模态，给出了实验结果。
着重分析了主开关管和辅助开关管的零电压开通和关断的过程厦实现条件。
并且提出了相关的应用领域和今后的发展方向。
关键词：零电压开关技术；移相控制；谐振变换器0 引言上世纪60年代开始起步的DC／DC PWM功率变换技术出现了很大的发展。
但由于其通常采用调频稳压控制方式，使得软开关的范围受到限制，且其设计复杂，不利于输出滤波器的优化设计。
因此，在上世纪80年代初，文献提出了移相控制和谐振变换器相结合的思想，开关频率固定，仅调节开关之间的相角，就可以实现稳压，这样很好地解决了单纯谐振变换器调频控制的缺点。
本文选择了全桥移相控制ZVS-PWM谐振电路拓扑，在分析了电路原理和各工作模态的基础上，设计了输出功率为200W的DC／DC变换器。
1 电路原理和各工作模态分析1．1 电路原理图1所示为移相控制全桥ZVS—PWM谐振变换器电路拓扑。
Vin为输入直流电压。
Si(i=1．2．3，4)为第i个参数相同的功率MOS开关管。
Di和Gi(i=l，2，3，4)为相应的体二极管和输出结电容，功率开关管的输出结电容和输出变压器的漏电感Lr作为谐振元件，使4个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关。
S1和S3构成超前臂，S2和S4构成滞后臂。
为了防止桥臂直通短路，S1和S3，S2和S4之间人为地加入了死区时间△t，它是根据开通延时和关断不延时原则来设置同一桥臂死区时间。
S1和S4，S2和S3之间的驱动信号存在移相角α，通过调节α角的大小，可调节输出电压的大小，实现稳压控制。
Lf和Cf构成倒L型低通滤波电路。
图2为全桥零电压开关PWM变换器在一个开关周期内4个主开关管的驱动信号、两桥臂中点电压VAB、变压器副边电压V0以及变压器原边下面对电路各工作模态进行分析，分析时时假设：(1)所有功率开关管均为理想，忽视正向压降电压和开关时时间；(2)4个开关管的输出结电容相等，即Ci=Cs，i=1，2，3，4，Cs为常数；(3)忽略变压器绕组及线路中的寄生电阻；(4)滤波电感足够大。
ZVS移相全桥变换器的原理与设计
ZVS移相全桥变换器的原理与设计摘要：介绍移相全桥ZVS变换器的原理，并用UC3875控制器研制成功3kW移相全桥零电压高频通信开关电源。
关键词：移相全桥零电流开关零电压开关准谐振The Principle and Design of Phase shifted Full bridge Zero voltage ConvertorAbstract： The paper introduces the principle of phase shifted full bridge zerovoltage switching convertor.A 3kw full bridge ZVS convertor was developed us ing UC3875 controller.Keywords: Phase shifted full bridge, ZCS, ZVS, Quasi resonance中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编号：02192713(2000)11572031引言传统的全桥PWM变换器适用于输出低电压(例如5V)、大功率(例如1kW)的情况，以及电源电压和负载电流变化大的场合。
其特点是开关频率固定，便于控制。
为了提高变换器的功率密度，减少单位输出功率的体积和重量，需要将开关频率提高到1MHz级水平。
为避免开关过程中的损耗随频率增加而急剧上升，在移相控制技术的基础上，利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥PWM变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关，这种技术称为ZVS零电压准谐振技术。
由于减少了开关过程损耗，可保证整个变换器总体效率达90％以上，我们以Unitrode公司UC3875为控制芯片研制了零电压准谐振高频开关电源样机。
本文就研制过程，研制中出现的问题及其改进进行论述。
2准谐振开关电源的组成ZVS准谐振高频开关电源是一个完整的闭环系统，它包括主电路、控制电路及CPU通讯和保护电路，如图1所示。
ZVS移相全桥变换器设计
ZVS移相全桥变换器设计ZVS（Zero Voltage Switching）移相全桥变换器是一种高效的电力转换装置，它能够实现能量的高效传输和转换。
在本文中，我们将详细介绍ZVS移相全桥变换器的设计原理、工作原理和关键技术。
1.设计原理（1）ZVS技术：ZVS技术能够将开关管的开关转换时刻与输入电流或输出电压为零的时刻相匹配，从而避免了开关管的开关损耗和开关管产生的电磁干扰。
（2）全桥变换器：全桥变换器采用四个开关管和两个二极管，能够实现输入电压的极性逆变和输出电流的正向流动。
2.工作原理（1）开关管S1和S2导通，开关管S3和S4关闭，输入电源向电感L1充电；（2）当开关管S1和S2关闭，开关管S3和S4导通时，电感L1释放能量供应给负载；（3）根据负载的需求，通过控制开关管S1、S2、S3和S4的导通和关闭，实现输入电压的极性逆变和输出电流的正向流动；（4）根据输入电压的大小、负载的需求和输出电流的波形来控制开关管的开关时刻，实现ZVS操作。
3.关键技术（1）开关管的选择和驱动：选择低导通电阻、低开关损耗的开关管，并使用高效的驱动电路，确保开关管能够在ZVS模式下正常工作。
（2）电感和电容的选择：选择合适的电感和电容数值，以及合适的磁芯材料，提高转换器的功率密度和效率。
（3）控制策略：根据负载的需求和输入电压的变化，采用合适的控制策略，如频率控制、幅度控制、相位控制等，实现最佳的动态响应和效率。
4.实际应用总结：ZVS移相全桥变换器是一种高效的电力转换装置，其设计原理基于ZVS技术和全桥变换器。
通过合适的开关管选择、驱动设计、电感和电容选择以及控制策略的优化，可以实现高效的能量传输和转换。
在实际应用中，ZVS移相全桥变换器能够带来高效、稳定和低干扰的性能优势。
1kW大功率ZVS移相全桥开关电源设计电路图
1kW大功率ZVS移相全桥开关电源设计+电路图摘要结合目前开关电源的发展现状，本文设计了一种1kW,50V/20A的ZVS移相全桥开关电源。
论文首先介绍了开关电源的几种主要拓扑结构，并在半个周期内对移相全桥ZVS拓扑的工作状况进行了详细分析。
论文其次对开关电源的主电路、控制电路和驱动电路进行了设计。
主要工作包括主电路磁性元件的计算与选择；以UC3875为核心、双环控制模式下控制电路的设计；以及利用芯片IR2110驱动MOSFET 的驱动电路设计。
30292论文最后通过仿真对相关波形进行了采集。
采集的电流波形包括：给定范围内，不同直流输入下，四个MOSFET驱动信号波形、两桥臂中点间电压和原边电流波形；不同负载下开关管上电压电流波形；还有输出电压波形。
验证了本电源满足移相PWM以及ZVS条件，且各部分性能满足预期设计要求。
关键词大功率开关电源 ZVS移相全桥双环控制毕业论文设计说明书外文摘要Title The Research of High-Power Switching Power SupplyAbstractAccording to the current development condition of switching power supply, a 1kW, 50V/20A ZVS phase-shifted full-bridge switching power supply is proposed in this paper. It employs the research methods that combines theoretical analysis with simulation design. Several major topological structures of DC/DC converter are firstly introduced in this paper, and the working principle of ZVS PS-FB DC/DC converter in a half period is analyzed in details. Then the design process of its main circuit, control circuit and driving circuit is put forward, including the calculation and selection of the magnetic elements in the main circuit, and the design of peripheral circuit of chip UC3875 as the core part of control circuit, where a dual-loop control mode is used. On the basis of Saber software, relevant waveform is acquired, verifying the fact that this power supply is zero-voltage turn-on and zero-current turn-off. It has satisfied the design requirements of both its functions and performance. 源自Keywords high-power switching power supply ZVS PS-FB dual-loop control目次1 引言 11.1 开关电源的发展状况 11.2 开关电源DC/DC变换器常见拓扑结构 1 1.3 软开关技术 31.4 本课题主要工作 52 移相全桥ZVS PWM变换器 62.1 基本工作原理 62.2 工作过程分析 93 1kW开关电源的设计 173.1 主电路设计 173.1.1 主电路电路设计 173.1.2 高频变压器 183.1.3 输入滤波电容 203.1.4 主功率开关管 203.1.5 谐振电感 213.1.6 输出滤波电感 233.1.7 输出滤波电容 243.2 控制部分设计 243.2.1 控制保护电路设计 243.2.2 驱动电路设计 284 仿真结果及分析 30结论 37致谢 38参考文献 391 引言1.1 开关电源的发展状况开关电源目前在现代电力、电子、交通、通信系统、国防等相关方面取得了极为深远的影响[1,2]。
75kW移相全桥ZVS DC-DC变换器的设计共3篇
75kW移相全桥ZVS DC-DC变换器的设计共3篇75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器的设计175kW移相全桥ZVS DC/DC变换器的设计随着电能的需求不断增加，直流（DC）与交流（AC）能量的转换变得越来越重要。
近年来，随着电力电子技术的发展和高性能的半导体器件的不断进步，DC/DC变换器在工业和消费电子领域的应用越来越广泛。
75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器是一种高性能变换器，能够实现高效率、高功率转换。
移相全桥ZVS DC/DC变换器的结构包括移相控制器、输人电感、输出电容、全桥开关和ZVS电路等。
其中，移相控制器的作用是控制全桥开关的相位移动，从而实现零电压开关（ZVS）控制，减少开关过程中的损耗和电磁干扰。
输人电感和输出电容则是负责滤波，保证输出电压的稳定性。
全桥开关通过不同配合的通断实现正负输出电流控制。
ZVS电路通过滤波和电容，实现电路的诸多物理参数计算协调，并通过工艺合理设计，降低待机功耗和回路波动影响。
在设计75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器时，需要考虑诸多因素。
首先，应该确定输入电压和输出电压的范围，设计输人电感和输出电容的尺寸。
其次，需要确定最大输出功率、输出电源电流和开关频率，保证全桥开关的可靠性和ZVS电路的稳定性。
还需考虑系统的可扩展性和环境因素，以充分考虑变换器在工业应用和肆意使用中的优越性。
在开发过程中，需要充分利用仿真和实验测试，调整参数和设计方案，为最优的变换器性能和稳定性进行优化和调整。
因此，设计和发布75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器需要对额定值、特殊应用等项指标有充分的认识、调试和经验，并充分考虑到指示等级、节约能源等重要性，超出标准数值要求的评定指数，以实现最优化控制。
总之，75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器是一种高效、高功率、高稳定性的电能转换装置，能够在工业和消费电子领域得到广泛应用。
设计和发布此类设备需要充分考虑应用环境、指标要求和设计方案，充分利用仿真和实验测试，以实现最优化控制、最低化能量损耗和实时可调参数，为应用和发展带来更多的便利和效益综上所述，75kW移相全桥ZVS DC/DC变换器是一种具有巨大潜力和广泛应用前景的电能转换装置。
ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真
ZVS移相全桥变换器的优化设计与仿真作者：于仲安葛庭宇何俊杰来源：《现代电子技术》2019年第13期摘 ;要：针对传统的零电压（ZVS）、零电压零电流（ZVZCS）移相全桥变换器的各种缺陷以及实际参数选取困难的问题，采用一种改进型零电压移相全桥软开关变换器，即在原边钳位两个超快恢复二极管与一隔直电容来降低副边电路的寄生震荡以防止变压器进入磁饱和，为进一步提高变换器的效率，副边采用全波整流。
对所设计的电路进行细致的原理分析，给出若干关键值的优化计算过程，并以UC3875作为控制芯片，通过saber仿真验证理论分析的合理性，结果表明电路在实现软开关的同时也抑制了副边整流器件的电压应力，证明了所提优化方案的可靠性。
关键词：软开关变换器; 移相全桥变换器; 零电压开关; 电压应力; 全波整流; 优化计算中图分类号： TN710⁃34; TM743 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： A ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1004⁃373X（2019）13⁃0161⁃04Optimization design and simulation of ZVS phase⁃shifted full⁃bridge converterYU Zhongan， GE Tingyu， HE Junjie（School of Electrical Engineering and Automation， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China）Abstract： Aiming at the defects of traditional zero voltage （ZVS） and zero voltage zero current （ZVZCS） phase⁃shifted full⁃bridge converters， and difficulties in selecting actual parameters， an improved ZVS phase⁃shifted full⁃bridge soft⁃switching converter is used. In the primary side， two ultrafast recovery diodes and a DC blocking capacitor are clamped to reduce the parasitic oscillation of the secondary circuit and prevent the transformer from entering its magnetic saturation. In order to further improve the efficiency of the converter， full⁃wave rectification is adopted in the secondary side. A detailed principle analysis is performed for the designed circuit. The optimization calculation process of several key values is given. The rationality of the theoretical analysis is verified by Saber simulation by taking UC3875 as the control chip. The results show that the voltage stress of the secondary side rectifying device is suppressed while the soft switch is realized in this circuit， which proves the reliability of the proposed optimization scheme.Key words： soft⁃switching converter; phase⁃shifted full⁃bridge converter; zero⁃voltage switching; voltage stress; full⁃wave rectification; optimized calculation0 ;引 ;言移相全桥软开关变换器因其效率高、发展比较成熟、控制相对简单以及高频化和轻量化，常应用于中大功率场合[1⁃3]。
电流模式控制移相全桥零电压软开关(ZVS)DC-DC功率变换器
引言随着计算机与通信技术的飞速发展，作为配套设备的开关电源也获得了长足进步，并随着新器件、新理论、新电磁材料和变换技术以及各种辅助设计分析软件的不断问世，开关电源的性能不断提高。
本文介绍一种新型的高频DC/DC开关变换器，并成功地应用在军用充电机上。
DC/DC变换器主电路改进型移相全桥ZVS DC/DC变换器主电路结构和各点波形对照如图1、图2所示。
由于电路工作状态在一个周期内可以分为两个完全一样的过程，所以以下仅仅分析半个周期的情况，而这半个周期又可分为以下三种开关模态。
● 开关模态1，t0<t<t1，其中t1=DT s/2此时Q1和Q4同时导通，变压器副边电感L1和整流管D S2导通，原边能量向负载端传递。
此模态的等效电路见图3。
其中，a为变压器变比，V in是直流母线电压，I1和I2分别是电感L1和L2电流(L1=L2=LS)，此时有等式（1）成立。
(1)(2)I p(t)=aI1(t)(3)当Q4关断时该模态过程结束。
● 开关模态2，t1<t<t2，其中t2≤T s/2在t1时刻关断Q4，此时副边电感L1中储存的能量给Q4电容(或并联电容)充电，同时将Q3两端电容电荷放掉。
为了实现软开关，Q4关断和Q3开通之间至少要存在一死区时间Δt1，使得在Q3开通前D3首先导通，且有下式成立。
I p1Δt1=2C eff V in(4)其中C eff是开关管漏源两端等效电容，I P1为t1时刻变压器原边流过电流。
当D3导通后，变压器副边两个二极管D S1和D S2同时导通，电路工作在续流状态。
此时等效电路如图4所示。
此时有如下电路方程成立。
(5)(6)(7)(8)r t=r mosfet+r xfmr (9)其中D为脉冲占空比，f S为电路工作频率，L’ik为主边变压器漏感(或与外接电感的串联值)，rt是变压器原边等效电阻，τ是原边等效电流衰减时间常数，Vfp是反并联二极管导通压降。
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ZVS移相全桥变换器设计
ZVS（Zero Voltage Switching，零电压开关）全桥变换器是一个常
见的DC-DC转换器拓扑结构，可以实现高效率和高电源密度。
在设计ZVS
全桥变换器时，需要考虑一系列的参数和约束条件。
在本文中，将详细介
绍如何设计ZVS全桥变换器，并讨论其性能和优缺点。
首先，我们需要确定输入和输出电压的范围。
这些值将决定变换器的
设定参数，如变压器的变比和磁性元件的尺寸。
同时，我们还需要确定输
出功率的要求，以便选取合适的开关器件和电感电容元件。
接下来，我们需要选择合适的开关器件。
对于ZVS全桥变换器，常用
的开关器件有MOSFET和IGBT。
MOSFET具有低导通压降和高开关速度的特点，适合在高频率下工作。
而IGBT则具有低导通压降和高断开速度的特点，适合在高压应用下工作。
根据具体的应用需求，可以选择适合的开关
器件。
在变换器的设计过程中，需要考虑开关频率和谐振电容电感网络的设计。
开关频率决定了变压器的尺寸和磁性元件的损耗。
一般来说，较高的
开关频率可以实现更小的尺寸和更高的效率，但也会增加开关器件的损耗。
谐振电容电感网络的设计是为了实现ZVS开关操作，减少开关过程中的损
耗和开关噪声。
可以通过选择合适的电感和电容元件来实现ZVS操作，减
少开关器件的压降和功率损耗。
一般来说，ZVS全桥变换器需要设计控制电路来实现准确的输出电压
调节和保护功能。
常用的控制技术包括PWM（脉宽调制）控制和反馈控制。
通过PWM控制器，可以实现对开关器件的控制，调节输出电压。
反馈控制
则通过比较输出电压与参考电压的差异，并根据差异值来调节开关器件的
控制信号。
通过合理的控制策略，可以实现稳定的输出电压和良好的动态
响应。
除了上述设计考虑因素，还需要关注保护机制和EMI（电磁干扰）滤
波设计。
保护机制是为了确保变换器的安全运行，防止过电流、过温度和
过压等故障事件。
常见的保护技术包括电流限制、温度监测和电压保护等。
EMI滤波设计则是为了减少变换器对周围环境的电磁干扰。
通过选择合适
的滤波器和布局方式，可以降低变换器的辐射和传导干扰。
ZVS全桥变换器具有高效率、高电源密度和良好的动态响应等特点，
常用于工业、通信和电源等应用领域。
然而，它也存在一些缺点，如设计
复杂、成本较高和电磁兼容性等问题。
在实际设计中，需要综合考虑应用
要求、设计约束和成本效益等因素，选择合适的设计方案。
综上所述，ZVS全桥变换器的设计需要考虑一系列的参数和约束条件，包括输入输出电压范围、开关器件选择、开关频率和谐振网络设计、控制
技术和保护机制，以及EMI滤波设计等。
通过合理的设计和控制策略，可
以实现高效率和高电源密度的变换器。