搜索: 高级
  注册会员 找回密码
设为首页
收藏本站
广告合作
加盟合作
联系我们
电源技术网
 首  页      资 讯      供 应     求  购     展会信息     招 聘      求 职      资料共享      器件手册     技术文章    会员中心    电源沙龙
  当前位置:首页>资讯>基础知识>文章内容

零电压开关全桥转换器设计降低元器件电压应力

作者:power   来源:网络   点击:    日期:2009-12-12    

    很多电源管理应用文章都介绍过采用 ZVS(零电压开关)技术实现无损转换的优势。为了实现 ZVT(零电压转换),漏-源电容与FET的体二极管等寄生电路元件被用于实现谐振转换,而不是任由其在缓冲电路中耗散。谐振电路在启动前对开关器件施加的电压为零,这就避免了每次转换时因开关电流与电压同时叠加而造成的功率损耗。

  采用高电压输入源工作的高频转换器采用这种技术可实现大幅的效率提升。

  与传统的全桥转换器一样,互为对角的开关一起驱动,对角开关交替地将变压器原边置于输入电压 VIN上一段时间。只有在开关打开时才向输出部分供电,这与工作在固定频率上的特定占空比相一致。

  两个互为对角的全桥开关不是同时驱动,而是通过相移的方法在启动命令之间引入预定义的短期延迟。这种延迟由控制电路的电压回路进行调节,从而在两个驱动信号之间产生相移。这种相移技术的特殊之处在于,它可启动两个与变压器串联的开关,而变压器的电压却为零。因此,它们不是全桥转换器的对角开关,而是两个较高或较低的开关。在这种模式下,变压器原边基本处于短路,且固定于相应的输入轨。由于没有复位所需的电压,原边电流会保持在前一状态。死区填补了转换周期内谐振转换及电源转换部分之间的空白。开关可被保持在上述状态中一段时间,与特定开关周期所需的关闭时间相一致。随后,上述开关中一个适当的开关关断后,原边电流会流入开关输出电容,使开关漏电压与反向输入轨产生谐振。这使得特定桥支路的相应开关上的电压为零,其 ZVS 打开。

  将 ZVS 全桥转换器的相移操作分为五个时序子集,以此来介绍完整的电源转换周期,如图1所示。变压器 T1向负载输电时,新周期开始,且两个对角开关打开,如图2所示。在这种转换条件下,原边电流流过这两个 FET。在图2中,QA 与QD代表打开的对角开关。  

图 1  几个开关周期时序图

 
图 2  t0 阶段初始条件

  在 t0 时段结束时,开关 QD 由 UCC2895 控制电路关断,同时开始启动转换器右手支路的谐振转换,如图3所示。通过变压器漏感,原边电流基本保持为常量。在本文中,变压器的漏感与外部电感集成在一起,在图3中标为 LResonant。如果变压器的漏感太小,不能提供实现 ZVS 所必需的转换时间,那么就需要额外的电感。通过串联添加外部电感,就能够调节谐振电感。  

图3  t1 阶段右支路谐振转换间隔

  如图4所示,当 QD 关断时,以 QD的漏-源电容作为电流路径,原边电流继续流动,使 QD 的电容从0V上升至较高的VIN。同时,变压器电容与QC 的漏-源电容放电,源电压上升。谐振转换使晶体管的漏-源电容两端电位在启动之前相等。右支路转换完成后,原边电流会通过 QA 及 QC 的体二极管续流。如果组件处于理想状态,那么电流在下一次转换发生之前将保持为常量。这时可启动 QC,使QC 内部的体二极管短路,从而降低传导损耗并实现ZVS。

图 4 t2 阶段箝位续流间隔

  在 t2 阶段结束时,剩余电流在变压器原边中流动。由于发生了损耗,该电流略小于 t0 阶段的原边电流。QC 打开,且实现了ZVS,而此时 QA 关闭。原边电流此前流过 QA 的漏-源极,现在则沿 QA 的漏-源电容流动,电流保持不变。

  流过 QA 漏-源电容的电流方向强制电流源流向接地电位,因此 QA 的漏-源电容将充电,而 QB 的漏-源电容放电,直到内部的体二极管开始传导,如图5所示。

图 5  t3 阶段左支路转换

  谐振转换使 QB 接通,且实现了 ZVS,保证转换几乎无损耗。此前 QC 已经接通,所以一旦 QB 启动,变压器原边将与输入电压轨两边实现直接连接。变压器随后开始从一次侧向二次侧输电,如图6所示。

图 6  t4 阶段电源转换间隔

  定时间隔基本与标准移相转换周期一致。接通两个对角开关,给变压器原边施加全输入电压。电流上升的速率由 VIN 及串联原边电感决定,不过其初始值为负值,而不是零。电流上升至输出电流除以变压器匝比所得之商的水平。

  在 t4 阶段结束时,一次转换周期结束,这时QC已切断。电流流过 QC 的漏-源极,QC 关断后电流停止,但会继续沿 QC 内部的漏-源电容流动,这就使 QC 的漏-源电容(此前几乎为零)充电至输入电压 VIN。QD 的漏-源电容在此期间放电,使 QD 实现 ZVS,而几乎没有漏-源电压通过它。此阶段的电流假定保持为常量。

  下面以 48V 输入 DC/DC 转换器设计作为示例来加以说明,该设计在最大电流为 15A 时输出电压3.3V,副边与原边绝缘,最大为 1.5kV。该设计采用 UCC2895 高级相移式 PWM 控制器来实施全桥功率级控制,对两个半桥的转换进行相移。电路工作在固定频率上,在大部分转换器负载范围中采用峰值电流模式控制,实现 ZVT。如前所述,通过转换器的寄生电容、漏感以及串联于原边绕组的小型分立电感可实现 ZVS。

  在输入电压为 36V、48V 及 72V 以及输出电流为 1A 至 15A(以 1A 步进)的情况下进行了效率测量。由测量结果可知,全桥转换方式与带有整流倍流电路的副边同步整流结合,可实现比其他传统设计更高的效率。此外,ZVS 在转换过程中对开关元件造成的应力更低,降低了 EMI,增加了设计的可靠性。■



上一篇:便携式串联电池组电压检测系统   下一篇:智能高频开关电源在变电站直流系统改造中应用
[收藏] [推荐] [评论(0条)] [返回顶部] [打印本页] [关闭窗口]  
用户名: 新注册) 密码: 匿名评论
评论内容:(不能超过250字,需审核后才会公布,请自觉遵守互联网相关政策法规。
 §最新评论
  热点文章
·逆变电源原理图
·风量单位、风量换算表(图)
·使用UC3843 组成小功率开关电源(
·总等电位连接端子板
·锂离子电池的工作原理(图)
·什么是IEGT(电子注入增强栅晶体
·高频开关电源电路原理
·全转半砖等封装的尺寸
·空气开关和漏电保护器有什么不同
·如何计算UPS应考虑之散热量
·功率MOSFET基础知识
·人类照明发展史
·锂电池的组成
·什么是逆变器?
·启辉器工作原理
·楼层等电位接地端子板
·场效应管(mosfet)参数符号意义
·开关电源的工作原理和特点
  相关文章
·如何识别与检测电容器?
·关于IGBT导通延迟时间的精确测量
·超宽范围输入的开关电源电路设计
·什么是片式电容及其应用?
·智能高频开关电源在变电站直流系
·零电压开关全桥转换器设计降低元
·便携式串联电池组电压检测系统
·降低数据中心电源容量扩展的简单
·滤波、去耦、旁路电容的作用
·浅谈数字化变电站中的光电互感器
·高性能电源转换器设计中的同步整
·集成电路小简介
·电力问题的种类有那些
·什么是逆变器?
·什么是GSM无线控制LED广告屏
·精密电阻专栏
·应急照明的分类
·什么是LED数位管?

设为首页 | 加入收藏 | 广告合作 | 关于我们 | 联系我们 | 网站地图 | 友情链接 | 意见投诉 | 使用帮助
本站部分信息由企业自行提供,对于该信息内容的真实准确合法性,电源技术网对此不承担任何保证责任。
所有资料来自于网络,版权归作者所有,本站不保证正确性和完整性,只提供参考学习交流之用。
Copyright @ 2003-2009 电源技术网 Inc All Rights Reserved.Powered By power-bbs.com
粤ICP备06099648号 E-mail: