变压器移相原理图解,变压器最简单移相方法

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-07 02:26:39

开关模态十一:谐振结束,原边电感向电网馈能

如图所示,当C3充电到Vin之后,谐振结束,就不再有电流流过C3,C4,转而D4自然导通,原边电流通过D4—Lr—D1向电网馈能,其能量来源于储存在Lr中的能量,此时原边电流迅速减少,

ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】

其中 Ip10是t10时刻的原边电流值

在t11时刻减少到0。

此时T4两端的电压降为0V,只要在这个时间将T4开启,那么T4就达到了零电压开启的效果。

对于开关模态11来说,谐振周期一定要小于死区时间,否则就不能达到滞后臂的ZVS效果了。但此时的谐振电感是没有次级电感通过匝比反射回来的,所以只有谐振电感参与了谐振,在设计的时候小心了,谐振电感一定要足够大,否则谐振能量不够的话,原边电流就会畸变。

在t11时刻,UAB=ULr= UC3=UA=Vin,UB=0V

变压器移相原理图解,变压器最简单移相方法(13)

开关模态十二:原边电流从0正向增大

如图所示,在t11时刻之前,T4已经导通,在t11时刻原边电流ip已经上升到0,由于没有了电流,所以D1,D4自然关断。

在t11-t12的时间内,副边的二极管D1,D2还是同时导通流过电流,将副边绕组短路,阻断输出电感反射到初级的途径,此时的负载电流还是由次级电感与输出电容提供;同时,由于原边的T1,T4已经导通,原边电流ip流过T1--Lr—T4,又因为Lr很小,所以原边电流ip就会正向急剧增大。

即 ip(t)= - (t-t11)

在t12时刻,ip达到最大,等于副边的电感电流折算到初级的电流

即 ip(t12)= - ILf(t12)/n

在这个开关模态,原边电流是不传递能量的,但副边却存在着一个剧烈的换流过程,通过副边二极管VD2的电流迅速减少,VD1的电流迅速增大,在t12时刻,通过VD2的电流减少到0,通过VD1的电流等于电感电流ILf。

在t12时刻,原边的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V

至此,一个完整的移相全桥工作周期分析已经完成。

其中有一些地方有点小小错误,但不影响总体的工作原理分析,如果用心的网友不妨指出来(当然我自己是知道的),权当是给大家一个思考的空间吧。

变压器移相原理图解,变压器最简单移相方法(14)

这个波形图也是我用PROTEL99画的,下面的分析会用到。

12个工作过程包括:2个正负半周期的功率输出过程,2个正负半周期的钳位续流过程,4个谐振过程(包括2个桥臂的谐振过程与2个换流过程),2个原边电感储能返回电网过程,最后还有2个变压器原边电流上冲或下冲过零结束急变过程。这12个过程就构成了移相全桥的一个完整的工作周期,只要有任何一个过程发生偏离或异常,将会影响到移相全桥的ZVS效果,甚至会导致整个电源不能正常工作。

接下来说说移相全桥存在的问题

问题一:滞后臂较难实现ZVS

n原因:

滞后臂谐振的时候,次级绕组短路被钳位,所以副边电感无法反射到原边参加谐振,导致谐振的能量只能由谐振电感提供,如果能量不够,就会出现无法将滞后臂管子并联的谐振电容电压谐振到0V.

n解决方法:

①、增大励磁电流。但会增大器件与变压器损耗。

②、增大谐振电感。但会造成副边占空比丢失更严重。

③、增加辅助谐振网络。但会增加成本与体积。

n问题二:副边占空比的丢失

n原因:

移相全桥的原边电流存在着一个剧烈的换流过程,此时原边电流不足以提供副边的负载电流,因此副边电感就会导通另一个二极管续流,即副边处于近似短路状态;

Dloss与谐振电感量大小以及负载RL大小成正比,与输入电压大小成反比。

n解决方法:

①、减少原副边的匝比。但会造成次级整流管的耐压增大的后果。

②、将谐振电感改为可饱和电感。

将PSFB的磁性器件计算方法贴出来分享给大家:

n输出储能电感设计:

移相全桥的输出储能电感其实可以看做一个单纯的BUCK电感,由于其正负半周期各工作一次,所以其工作频率等于2倍开关频率,其计算公式为:

Lf = Vo *(1-Dmin)/(4*fs* △I)

上式中的Lf是最小电感,实际取值要大于此值,以保证电流的连续性,如果需要输出电压在一定范围内连续可调的话,则Vo要取Vo(min),即

Lf = Vo(min) *(1-Dmin)/(4*fs* △I)

上式Dmin是为了便于理解,实际上移相全桥占空比是不变的,不存在最小占空比的说法:即

Dmin= Vo(min)/(Vin(max)/n-VLf-VD)

n主变压器设计:

首先计算出移相全桥的次级输出最低电压:

Vsec(min)=( Vo(max) VLf VD)/ Dsec(max)

初次级的变压器匝比为:

n=Vin(min) /Vsec(min)

选择变压器,使用Ap法:

Ap =Ae*Aw= Po*104 /(4*ƞ*fs*△B*J*Ku*)

接下来计算变压器原边匝数:

Np= Vin(min)*D(max)/(4*fs*Ae*Bmax)

那么次级绕组匝数为:

Ns= Np/n

n谐振电感设计:

附加谐振电感的目的就是为了实现滞后臂开关管的ZVS,如前面的分析,滞后臂谐振时次级电感不能通过变压器反射到初级,为了保证滞后臂的开关管ZVS,那么谐振电感的能量必须满足下式:

LrI2p/2=( V2in*C上管)/2 ( V2in*C下管)/2= V2in*Clag

即 Lr= 2* V2in*Clag /I2p

其中 Lr :谐振电感值

Vin:输入电压

Clag:滞后桥臂电容(外加电容与MOSFET结电容)

Ip:滞后桥臂关断时刻原边电流大小

计算还要考虑以下几点因素:

①、Vin应取最高输入电压值,保证任意输入电压下,滞后桥臂均能实现ZVS。

②、考虑在轻载Ipl(10%-20%负载)时刻,需要滞后桥臂仍然需要工作在ZVS状态。

③、输出电流iLf在某个值(比如2A)时刻,输出储能电感电流任然连续或处在临界点。

也就是说,输出储能电感的脉动电流等于2倍此值

即 △ iLf = 2 *2A=4A

那么 Ip=(Ipl △ iLf /2)/n

上一页1234末页

栏目热文

文档排行

本站推荐

Copyright © 2018 - 2021 www.yd166.com., All Rights Reserved.