一種新型電流型全橋數(shù)字電源
一種新型電流型全橋數(shù)字電源,包括輸入整流電路,數(shù)字控制電路,DC/DC級變換器,輔助電源.其特點是采用了電流型全橋電路拓撲結(jié)構(gòu),利用數(shù)字信號處理器的強大運算和控制能力來實現(xiàn)單級功率因數(shù)校正交/直(AC/DC)電源變換器.
附圖說明:圖一為工作模態(tài)說明示意圖,圖二是變換器一個工作周期內(nèi)的主要波形對應圖.圖三是開關管上電壓波形圖.
本電路的基本拓撲結(jié)構(gòu)為電流型全橋變換器,該變換器采用斜對角的兩只開關管斷開時間錯開的切換方式,圖中Vin為整流后的直流電壓,L1為升壓電感,C8為隔直電容,Q1-Q4是四個開關管, T1為主變壓器, D5,D6,C9組成輸出整流電路, Q1&Q4 Q2&Q3在一個開關周期內(nèi)分別以大于50%的占空比交替導通和關斷.
為了簡化分析過程,作如下假設:變壓器磁化電流忽略不計,由于輸出濾波電容足夠大, 因此輸出可以看成是恒壓源.而且設同步整流驅(qū)動信號為零,去除相關輔助電路,由圖一可得出圖二, 當電源變換器處于穩(wěn)定工作狀態(tài)且連續(xù)工作模式(CCM)時,一個完整的工作周期可分為八個工作模態(tài)(見圖三).
1) 模態(tài)1:(t1時刻之前), Q1,Q2,Q4導通,Q3關斷, 四個功率管電壓V1-V4為零,輸入電壓直接加在升壓電感L1兩端,相當于基本Boost變換器中電源向升壓電感的充電狀態(tài), 升壓電感電流IL線性上升,變壓器原邊電流Ip為零, 變壓器原邊電壓Vb為零, 輸出整流二極管D5, D6都截止,負載由濾波電容C9提供能量.
2) 模態(tài)2:(t1-t2時刻), t1時刻開通Q3,由于四個功率管電壓V1-V4全為零,因此Q3是零電壓開通. 在該模態(tài)中, Q1-Q4全部導通, 其工作方式和模態(tài)1基本相同
3) 模態(tài)3:(t2-t3時刻), t2時刻關斷Q4,由于四個功率管電壓V1-V4全為零,因此Q4是零電壓關斷. 在該模態(tài)中, Q1-Q3導通, Q4關斷, 其工作方式和模態(tài)1基本相同.
4) 模態(tài)4:(t3-t4時刻), t3時刻關斷Q1,由于功率場效應管漏極和源極之間的電容效應, 電容兩端的電壓V1不能突變,因此Q1是零電壓關斷. 在該模態(tài)中, Q2,Q3導通, Q1,Q4關斷,電網(wǎng)和升壓電感中的能量同時向負載供電,副邊電流Io經(jīng)整流管D5,此時,原邊電流Ip=IL,原邊電壓Vb=nVo,V1=V4=Vb,V2=V3=0.n是高頻變壓器的原,副邊間的匝數(shù)比.
5) 模態(tài)5:(t4-t5時刻) t4時刻開通Q1,由于變壓器原邊繞組漏感的存在, 變壓器原邊繞組電流Ip和升壓電感電流IL在開通瞬間不能突變,因此Q1在導通時刻漏源極間電流為零,實現(xiàn)了零電流開通. 在該模態(tài)中, Q1-Q3導通, Q4關斷,由于原邊繞組電壓為零,副邊輸出電壓加在原邊漏感上使原邊電流Ip線性減小. Q2中的電流向Q1轉(zhuǎn)移,而Q1中的電流從零線性上升, 輸入電壓直接加在升壓電感L1兩端,相當于基本Boost變換器中電源向升壓電感的充電狀態(tài), 升壓電感電流Il線性上升,整流二極管D5的輸出電流也減小到零,自然關斷,不存在反向恢復問題.
6) 模態(tài)6:(t5-t6時刻), t6時刻開通Q4,該模態(tài)的工作方式和模態(tài)2相同.升壓電感電流繼續(xù)上升.
7) 模態(tài)7:(t6-t7時刻), t7時刻關斷Q3,該模態(tài)的工作方式和模態(tài)3相同.升壓電感電流繼續(xù)上升.
8) 模態(tài)8:(t7-t8時刻), t8時刻關斷Q2,該模態(tài)的工作方式和模態(tài)4相同.升壓電感電流繼續(xù)上升.經(jīng)過t8時刻,3則進入模態(tài)1,變換器又開始另一周期的工作.
9) 具體電路參數(shù)如下:L1為3毫亨,Q1-Q4為IRFPE50,驅(qū)動芯片為IR2113S,DSP的PWM驅(qū)動信號設置為下橋臂相對于上橋臂提前關斷和延遲導通的時間均為100ns,Boost工作頻率為100KHz.
10) 在正常工作中,輸出電壓為48V,負載電阻為18歐,在開關管閉合的瞬間,有一尖峰電壓,幅值高達六百伏,具體波形見圖三,請問該尖峰電壓的產(chǎn)生原理以及抑制方法.
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