高压电源之全桥控制策略-电子工程世界

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通过对变压器拓扑结构的了解，本次设计的高压电源采用的拓扑结构确定为全桥变换。因为适用于大功率。

上图所示全桥电路结构,基本原理为:直流电压Uin经过VT1、VD1～VT4、VD4组成的全桥开关变换器,在Tr初级得到交流方波电压uAB,经变压器升压或降压,再由输出整流桥变换成直流方波,最后通过电感Lf、电容Cf组成的滤波器,在Cf上得到平直的直流电压。

全桥DC/DC变换器有四种控制策略，分别是双极性控制方式、有限双极性控制方式、不对称控制方式以及移相控制方式。

在了解上述4种工作方式前，先了解两个关键字，zvs和zcs。

pwm控制开关管工作在硬开关模式下，即开／关过程中电压下降／上升和电流上升／下降波形有交叠。此种方式效率低，对开关管损耗大。所以为了解决这个问题，出现了所谓零电压开关(ZVS)／零电流开关(ZCS)技术，电压电流不交叠，即软开关技术。

双极性控制方式为：开关管VT1和VT4、VT2和VT3同时开通和关断,其开通时间不超过半个开关周期,即它们的开通角小于180度。

属于基本控制方式，通过调节脉宽来调节输出电压，开关管工作在硬开关状态，工作时须采用缓冲电路吸收尖峰电压。

有限双极性控制方式为：有限双极性控制方式正半周期中,VT4一直开通,VT1只开通一段时间;负半周期中,VT2一直开通,VT3只开通一段时间。VT1 和VT3分别在VT4和VT2之前关断。定义VT1、VT3组成的桥臂为领先桥臂,VT2、VT4组成的桥臂为滞后桥臂。

这种方式实现了领先桥臂的零电压开关，和滞后桥臂的零电流开关，从而降低功耗。

不对称控制方式为：VT1和VT4和VT2和VT3同时开通和关断,与双极性方式不同的是VT1、VT4和VT2、VT3的开通和关断是互补的,即当 VT1、VT4开通时,VT2、VT3关断;VT1、VT4关断时,VT2、VT3开通。VT1、VT4的开通时间与VT2、VT3的不一样,因此uAB 正负半周的时间不一样。

这个电路在实现开关管ZVS的同时,有一个特别的优点，互补导通(但不是180°互补导通),之间没有死区时间，平直的输入电流有利于输入滤波器的设计。

移相控制方式为：每个桥臂的两个开关管180°互补导通,两个桥臂的导通之间相差一个相位,即所谓移相角。VT1、VT3的驱动信号分别领先于VT4、VT2,可以定义VT1、VT3组成的桥臂为领先桥臂,VT2、VT4组成的桥臂为滞后桥臂。

利用变压器的漏感和开关管的寄生电容实现ZVS,通过调节移相角来调节输出电压，有开关频率稳定，开关频率可高，元器件的电压和电流应力小。

下图为4种控制方式的波形示意图

四种全桥控制方式的优缺点：

双极性控制的缺点：1、尖峰大。2、损耗大。3、开关管需要很大的安全工作区。4、二极管的反向恢复也会造成很高的电压、电流尖峰和损耗。5、驱动电路不稳定，产生很大噪声。6、开关损耗限制了开关频率的提高，使动态特性降低，不利于滤波器的小型化。

有限双极控制的缺点：1、IGBT一般承受很高的反向电压,而且可能反向雪崩击穿。2、IGBT要承受很高的正向电压。3、没有充分利用漏感能量,使其消耗在雪崩击穿的IGBT中,造成IGBT功耗较大。4、因有一对开关管是ZVS,因而仍存在电流拖尾,限制了开关频率的提高。

不对称控制的缺点：1、需要隔直电容。2两对开关管的电流应力不一样,不利于统一选择开关管。3、需要电感，,这个电感一直流动着一个直流电流,电感中存在损耗。4、存在占空比丢失现象。

移项控制的缺点：1、存在占空比丢失。2、开关管的电流峰值增加。3、次级整流桥的耐压值增加。

从实现变换装置小型化和轻量化的角度来看,在四种控制方式中,双极性控制方式和不对称控制方式不大适用于中、大功率应用场合。有限双极性控制方式和移相控制方式具有更多的优越性,是中、大功率应用场合的理想控制方式。

所以这次的电源应该选择有限双极性控制方式或者是移项控制方式。看波形，我还是倾向于移项控制方式。接下来需要了解一下软开关，zvs和zcs，还有移相控制。

关键字：高压电源全桥控制引用地址：高压电源之全桥控制策略

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