全橋變換器一個(gè)高效率孤立功率轉(zhuǎn)換解決方案

時(shí)間：2024-11-10 15:12:07

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[導(dǎo)讀]全橋變換器提供了一個(gè)高效率的孤立功率轉(zhuǎn)換解決方案( 圖1 )。在此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,控制方法的選擇將影響轉(zhuǎn)換器的整體性能。大多數(shù)工程師只考慮硬切換全橋(HSFB)或相轉(zhuǎn)換全橋(PSFB)。在這個(gè)電源提示中,我將演示一個(gè)簡(jiǎn)單的修改,脈沖寬度調(diào)制控制全橋,可以提高效率,實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)和消除共振環(huán)變壓器繞組。

全橋變換器

全橋變換器提供了一個(gè)高效率的孤立功率轉(zhuǎn)換解決方案( 圖1 )。在此拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,控制方法的選擇將影響轉(zhuǎn)換器的整體性能。大多數(shù)工程師只考慮硬切換全橋(HSFB)或相轉(zhuǎn)換全橋(PSFB)。在這個(gè)電源提示中,我將演示一個(gè)簡(jiǎn)單的修改,脈沖寬度調(diào)制控制全橋,可以提高效率,實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)和消除共振環(huán)變壓器繞組。

圖1 同步HSFB轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的實(shí)例。

HSFB

一個(gè)HSFB轉(zhuǎn)換器使用兩個(gè)輸出信號(hào)(OTAA和OTOB),這兩個(gè)信號(hào)是180度的離相,以控制在原始側(cè)橋上的對(duì)角對(duì)Fts,如圖1所示?？刂破髟试S有三個(gè)主要方面的情況:最高和最低,最高和最低,以及最低和最低。為了保持調(diào)節(jié),控制器調(diào)節(jié)每個(gè)狀態(tài)下的時(shí)間比例。

圖2 顯示(從下到上)輸出信號(hào)、主橋兩側(cè)的開關(guān)-節(jié)點(diǎn)電壓和主繞組電流。當(dāng)輸出電壓和輸出電壓都很低時(shí),開關(guān)節(jié)點(diǎn)在中斷時(shí)間返回到輸入電壓的一半。

圖2 傳統(tǒng)配置,在主側(cè)對(duì)側(cè)駕駛(1頭S/div)。

在死機(jī)期間,當(dāng)沒有原基側(cè)電流時(shí),二次電流將繼續(xù)通過同步整流器進(jìn)入自由輪。此時(shí),在主側(cè)儲(chǔ)存的泄漏能量與原側(cè)費(fèi)茨的輸出電容發(fā)生共振,當(dāng)輸出量或輸出量降低時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的泄漏尖峰。這種共振影響到所有四個(gè)費(fèi)茨的主要方面。圖3 顯示漏柱有多大。在實(shí)際操作中,一個(gè)大的泄漏尖峰可能需要使用高電壓元件。

圖3 具有傳統(tǒng)配置的主開關(guān)節(jié)點(diǎn)(400NS/div)。

具有互補(bǔ)邏輯的替代方法

另一種方法是用互補(bǔ)邏輯控制橋的每一個(gè)部分的主功能。在該方法中,PBM高將高側(cè)FET打開,而PBM低將低側(cè)FET打開。圖4 顯示使用此方法的圖表。

圖4 同步ZVM全橋變換功率級(jí)的實(shí)例。資料來(lái)源:德克薩斯儀器公司

圖5 顯示了此方法的壓波M、開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓和主電流。由于在主橋的兩側(cè)都有互補(bǔ)的信號(hào),現(xiàn)在在死機(jī)的時(shí)間里,這兩個(gè)低面費(fèi)茨都在工作。這使主電流能夠在傳統(tǒng)方法中過去的死機(jī)時(shí)間內(nèi)繼續(xù)通過兩個(gè)低平面的快門。

圖5 在主側(cè)駕駛車胎的輔助PWMS(1輛車S/DIN)。

主側(cè)的自由旋轉(zhuǎn)電流有許多好處。首先,原源方費(fèi)茨實(shí)現(xiàn)了ZVM。圖6 展示了在ZDH事件期間,全橋一側(cè)的主開關(guān)節(jié)點(diǎn)和PBM邏輯。在引入氣門驅(qū)動(dòng)信號(hào)之前,出電源電壓降至零,這意味著ZVM。

圖6 主開關(guān)節(jié)點(diǎn)具有互補(bǔ)的壓水堆結(jié)構(gòu)(400NS/div)。

另一個(gè)好處是整個(gè)轉(zhuǎn)換器的噪音較少.圖3至圖6的主開關(guān)管波形中的大泄漏釘和共振鈴聲被消除。該二次整流器在改變主整流器后也降低了噪聲,從而獲得ZDH。

圖7 比較兩個(gè)設(shè)計(jì)選項(xiàng)的次級(jí)整流器的排電源電壓。HSFB的變化明顯地增加了鈴聲,需要一個(gè)緩沖器來(lái)緩解壓力,而犧牲了整體系統(tǒng)效率的降低。在主系統(tǒng)上轉(zhuǎn)換為ZVM會(huì)減少次級(jí)FET的鈴聲。仍然存在泄漏尖峰,但是在這種情況下,二極管夾緊電路比緩沖器更合適。

圖7 常規(guī)配置(400ns/div)(左);使用互補(bǔ)的PWM信號(hào)(1.00μs/div)(右)。

A改進(jìn)的HSFB參考設(shè)計(jì)

僅引入ZDH就能提高負(fù)載條件下的效率。圖8 比較改進(jìn)的HSFB參考設(shè)計(jì),它在主數(shù)據(jù)端使用了ZDH邏輯,該初始數(shù)據(jù)是HSFB。對(duì)主要FET的邏輯是唯一的改變;對(duì)初級(jí)端FET驅(qū)動(dòng)程序的優(yōu)化和對(duì)二級(jí)保護(hù)電路的改進(jìn)將進(jìn)一步增加這一方法的好處。