全橋式電源的設(shè)計(jì)

全橋電路的優(yōu)點(diǎn)

全橋(Full-Bridge)PWM變換器是一種應(yīng)用廣泛,適用于較大功率、低電壓等場(chǎng)合的變換器。目前移相全橋變換器采用PWM移相控制,在不附加其他額外元器件,電路成本和復(fù)雜程度基本不變的情況下,利用變壓器的漏感和功率開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容進(jìn)行諧振,使功率管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS),從而減小了開(kāi)關(guān)損耗,變換器的效率可大于80％,并且開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力的減小使得開(kāi)關(guān)頻率可以進(jìn)一步得到提高,可達(dá)到100kHz～500kHz,故該變換器適應(yīng)當(dāng)今開(kāi)關(guān)電源高頻化、高效化的發(fā)展趨勢(shì),有廣闊的應(yīng)用前景。2021/5/91全橋電路全橋電路中，互為對(duì)角的兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開(kāi)關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。當(dāng)S1與S4開(kāi)通后，VD1和VD4處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升；S2與S3開(kāi)通后，二極管VD2和VD3處于通態(tài)，電感L的電流也上升。當(dāng)4個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，4個(gè)二極管都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為Ui。1）工作過(guò)程圖8-23全橋電路原理圖

圖8-24全橋電路的理想化波形2021/5/92

全橋電路如果S1、S4與S2、S3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱(chēng)，則交流電壓uT中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。2）數(shù)量關(guān)系濾波電感電流連續(xù)時(shí)：

(8-5)輸出電感電流斷續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將高于式（8-5）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下：圖8-23全橋電路原理圖

圖8-24全橋電路的理想化波形2021/5/93基于UCC3859的性能介紹UCC3895是TI公司生產(chǎn)的又一種高性能PWM移相型控制器。它是UC3879的改進(jìn)型,除了具有UC38779的功能外,最大的改進(jìn)是增加了自適應(yīng)死區(qū)設(shè)置,以適應(yīng)負(fù)載變化時(shí)不同的準(zhǔn)諧振軟開(kāi)關(guān)要求。新增加了PWM軟關(guān)斷能力。同時(shí)由于它采用了BCDMOS工藝,使得它的功耗更小,工作頻率更高,因而更加符合電力電子裝置高效率、高頻率、高可靠的發(fā)展要求。2021/5/94本文首先介紹了UCC3895的電氣特性、管腳的基本功能及電壓型控制或峰值電流控制的實(shí)現(xiàn)。然后應(yīng)用UCC3895設(shè)計(jì)了220V輸入、24V輸出、開(kāi)關(guān)頻率20kHz、功率500W的移相全橋電源,并給出了開(kāi)環(huán)和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)的主要波形。UCC3895有以下特性：可編程輸出開(kāi)通延時(shí)和自適應(yīng)延時(shí)設(shè)置;既可用于電流模式,又可用于電壓模式;可實(shí)現(xiàn)輸出脈沖占空比從0％～100％相移控制;內(nèi)置7MHz帶寬的誤差比較放大器,最高工作頻率1MHz等。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示2021/5/95UCC3859的框圖2021/5/96UCC3859全橋電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2021/5/97UCC3859的驅(qū)動(dòng)電路圖2021/5/98全橋變換器的磁芯選擇選用面積乘積法來(lái)設(shè)計(jì)高頻變壓器。設(shè)變壓器的輸出功率為Po,變壓器的效率為η,填充系數(shù)為Ku,導(dǎo)線(xiàn)的電流密度為J,一個(gè)高頻周期內(nèi)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間為tom,變壓器變化的磁密為△B,則可以得到下面的計(jì)算公式。選取參數(shù)：Po=500W;f=20kHz;對(duì)于R2KB材質(zhì)的鐵氧體磁芯可選擇最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=1700Gs;填充系數(shù)Ku=O．3;導(dǎo)線(xiàn)電流密度J=3A／mm2;變壓器的變換效率η=098?？傻肁cAw=4.614cm4,通過(guò)查閱變壓器磁芯手冊(cè)可知選用EE80磁芯。2021/5/99變壓器匝數(shù)的計(jì)算

變壓器原邊匝數(shù)計(jì)算公式為

式中：Vimax為輸入電壓的最大值。

變壓器副邊匝數(shù)的計(jì)算公式為

式中：Vimin為輸入電壓的最小值;

Vomax為輸出電壓的最大值。

將參數(shù)代入計(jì)算并取整后呵得原副邊匝數(shù)為：N1=1