《Fundamentals of Power Electronics》——全桥型隔离降压转换器

以下是关于全桥型隔离降压转换器的相关知识点:

全桥变压器隔离型降压转换器如下图所示。

上图展示了一个具有二次侧绕组中心抽头的版本,该电路常用于产生低输出电压。二次侧绕组的上下两个绕组可以看作是两个单独的绕组,因此可以看成是具有变比为1:n:n的三绕组变压器。利用等效电路替换之后得到如图6.20b所示的电路图。

该电路典型的波形如下图所示。

转换器的输出部分类似于非隔离降压转换器。

在开关周期的第一个子区间(0<t <DTs )内,晶体管Q1和Q4导通,变压器原边电压为vT=Vg。该正向电压使得磁化电流iM(t)以Vg/LM的斜率上升。副边两个绕组的电压均为正向电压nVg。因此,二极管D5正向偏置,二极管D6反向偏置。电压vs(t)= nVg,输出滤波电感电流流经二极管D5。

对于第二个子区间(DTs <t <Ts)内,由几种可行的控制策略。最常用的控制策略是四个晶体管全部关断,因此变压器电压vT=0。此外还有,晶体管Q2和Q4导通或者晶体管Q1和Q3导通。此时,原边线圈两端和两个副边线圈两端电压均为零,变压器停止传输能量。副边电流方向由储能电感到输出电容,经过两线圈的共同连接点。因此无论原边如何连接,二极管D5和D6反向偏置。电压vs(t)=nVg,输出滤波电感电流流经二极管D5。

在第二子区间同时正偏导通,两个二极管均流通输出滤波电感电流的一半。

实际上,在第二区间内的二极管电流iD5和iD6同时是输出电感电流和变压器磁化电流的函数。在理想情况下(无磁化电流),变压器使得二极管电流iD5(t)和iD6(t)数值相等。如果i'1(t)=0,则niD5(t)=niD6(t)。但两个二极管的电流之和等于输出电感电流,即:

因此,在开关周期的第二子区间,iD5=iD6=0.5i一定成立。实际上,磁化电流不可能为零,因此二极管电流与理论分析结果有略微不同。

理想的变压器遵循:

理想变压器原边的节点电压方程为:

联立上两式可得:

消去式子中的i'1(t)可得:

下述两式描述了在通常情况下,变压器绕组在开关周期的第二子区间内的电流情况:

由上面的第二个式子可知,磁化电流可能流经原边绕组,某个二次侧绕组或同时流经三个绕组。当流经三个绕组时,电流的分配依赖于导通的晶体管和二极管的i-v特性曲线以及变压器的漏电感。当i1=0时,求解上式得:

如果iM<<ni,则:

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