全桥移相原理分析.pdf

简介：
本文档深入探讨了全桥移相技术的工作原理及其应用价值，通过理论与实践相结合的方式，详细解析了该技术在电力电子领域的关键作用。 移相全桥变换器是电力电子技术领域的一种高频电源转换装置。其基本工作原理涉及对四个主开关管进行移相控制以实现能量的转换与传递。该设备的主要组成部分包括直流输入电源Vin、四只主开关管（通常采用MOSFET或IGBT）、寄生电容、续流二极管、高频整流二极管、变压器以及电感和电容等元件。 移相全桥变换器中的四个主开关T1至T4分为两组，即超前臂的T1与T2及滞后臂的T3与T4。这些组件协同工作以控制电流流向并调节功率输出。每个开关管配备寄生或外部谐振电容C1至C4，并且存在相应的续流二极管D1至D4，VD1和VD2为次级高频整流二极管，TR是移相全桥电源变压器，Lp代表原边绕组的电感量，而Ls1、Ls2则是副边电感量。此外还有用于漏感或外加电感之和的Lr以及输出续流电感Lf与次级输出电容Cf等元件。 在理论分析中，为了简化问题通常假设所有开关管及二极管为理想化器件，并且不存在开通关断延迟现象、导通电阻无穷小并具有零正向压降。同样地，所有的电感和电容也被视作理想的无寄生参数的元件，变压器被看成是理想状态下的设备，漏感与分布参数的影响忽略不计，励磁电感认为无限大且可忽略其影响；谐振电感为外加形式存在。超前桥臂及滞后的谐振电容相等即C1=C2=Clead以及C3=C4=Clag。 移相全桥变换器的一个完整周期可以被细分为十二个不同的工作模式，正负半周对应关系相同但电流方向相反。在这十二个工作状态中，正、负两部分的工作过程相似只是电流流动的方向不同。以下是几种典型的状态分析： 第一种模态：在这一状态下T1和T4同时导通而T2与T3则处于关闭状态。此时的电流路径为从T1经过Lp到Lk再到T4，输入电压Vin几乎全部降落在A、B两点间即UAB=Vin。原边电感量不仅包括了Lp和Lk还包含了次级折算回来的电感量LS`。在此阶段变压器的初级向负载提供能量并为输出电感Lf与输出电容Cf充电。 第二种模态：超前臂谐振过程，此时T1关断但电流不能突变而是转移到了相应的谐振电容器中。其中C1被充至Vin电压而C2则放尽到0V，导致A点的电位被钳住为0V。在此期间ip几乎不变或略有下降，并且D2导通使T2能够实现零电压开通。 第三种模态：原边电流正半周期钳位续流过程，在此阶段二极管D2已经完全开启以进行续流，同时保证了T2两端的电压被限制为0V。当C3放电到0V时即td≥△t=t2-t1=2Clead*Vin/Ip确保T2能够实现零电压开通。 第四种模态：正半周期滞后臂谐振过程，在此阶段滞后臂下的管子T4关闭，原边电流ip对相应的谐振电容器充电使得其两端的电压上升，并且同时抽走另一端电荷。在此过程中ip与谐振角频率ω相关联产生类似正弦波形的变化。 这十二个工作模式构成了移相全桥变换器的基本工作循环，每一种模态都涉及复杂的能量转换和控制过程需要设计者深入理解其原理才能有效提高电路性能及效率。