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1、Full-bridge conveiTte换器电气0810 赵玮 08292053题目：设计一 Full-bridge conveT变换器。输出电压48V ,功率为100W。其中：输入电压为直流48厂8V。要求：1通过计算选参数把输出电压纹波Vp-Vp控制在2%之内。2. 主电路元器件的选用、控制芯片的选用、各种为改善电源 质量的电磁兼容措施等，任由各位同学自己决定，但要说明 选用的理由。3. 要有：过压和欠压保护；短路保护；过电流保护措施一、主电路工作原理及器件选择1、全桥变换工作原理全桥变换器的主电路如下图1所示，其主要工作波形如下图 2所示。仅需在全桥电路上增加一个谐振电感L或利用变压器
2、漏 感，便可通过L1与功率开关管输出电容Ci(i=1 2, 3, 4)的谐 振，在电感储能释放过程中，使Ci 上的电压u逐步下降到零， 而使功率开关管体内的寄生二极管VDi(i=l 2，3, 4)开通，使 电路中4个开关器件实现零电压开通或零电流关断。通过改变对 角线上开关管驱动信号之间的相位差来改变占空比,以达到控制 输出电压的目的。变压器副边所接整流二极管VD5、VD6实现 全波整流。2、Full-bridge conver变换器结构r-tVD6T殳图13、全桥变换器工作波形图24、参数计算和器件选择1) 变压器的选择 为了在规定的输入电压范围内能够输出所要求的电压，变压器 的变比应按最低
3、输入电压U选择。为了降低输出整流二极管的 反向电压，为了提高高频变压器的利用率，减小开关管的电流， 选择副边的最大占空比为0.85，则可计算出副边电压为：VV VVsec(min)o (max)DLFDsec(max)其中：V 是最高输出电压，即均充电压；V是输出整流二极管0(max) d的通态压降；V是输出滤波电感上的直流压降。取Vo(max)LF48 (1 2%) 49V ，V =0.7V,V 1V ，所以Vsec(min)49 0.7 1 63.375V0.863*375/，所以变压器原副边变比为63.37589,变比即为：K=0.89o变压器铁芯选用的是铁基纳米晶合金铁芯，它具有高导磁
4、 率，低损耗和优良的温度特性，广泛应用于推挽或桥式高频大功 率逆变电源和开关电流中。2）输出整流二极管的选择 输出整流二极管是工作在高频状况下的，因此应选用快恢复 二极管。本实验所设计的电源，其变压器的副边采用全波整流电路所以整流管的反向电压为V2V /K 2 56/0.89 126V ,DR in（max）整流管流过的最大电流为100/48=2.1A，因此可选用规格为200V/3A 的快恢复二级管。3）输出滤波电容输出滤波电容的计算公式为：其中取 V 100mV ，把各相关量代人公式得 C =320uF 。 opp f4）输出滤波电感的计算PWM DC/DC 全桥变换器的输出滤波电感值为：式
5、中V为输出滤波电感上的直流压降（初步假定其为1 V）； V为LF d输出整流二极管的通态压降。把各相关量代人得L =164uH 。f二、控制电路1、控制电路设计121116VC63572KCD-OUT COUT DOUT AOUT 8f 75門曾OPF岂）4：探6 1CT RT 6.SKPffRGND VNUCS875DHIAYKKlGND RtP SLOPE CLKSYC DELAY SETVRER COWP EA- EA+ 岱 SS C-D2、驱动电路设计驱动电路电源结构图IGBT 是电压驱动型的器件，在栅极和射极间加上驱动电 压即可开通，该电压值一般选择15V左右，本电路选择15V 电压
6、驱动。关断时，加上适当的反向电压，可以使 IGBT 迅 速关断，为了提高 IGBT 的抗扰能力，选择 12V 电压作为关断时的反向电压。IGBT 的驱动电路应具备两个功能：一，实现控制电路和 被驱动的 IGBT 的栅极电隔离；二，提供合适的栅极驱动脉 冲。隔离形式可以是脉冲变压器，微分变压器或者光电耦合 装置，这里采用光耦隔离，为了降低电磁干扰，每路驱动信 号都采用独立的电源来进行设计，电路如上图所示，采用L7815和L7912分别产生+15V和-12V电压为IGBT驱动电路供电。驱动电路结构图驱动电路的设计，由 TLP250 芯片构成，该芯片具有光耦隔离放大功能，驱动能力强，隔离电压高，响应
7、速度快。每 一路信号都采用独立的电源供电，有效避免了相互之间的电 磁干扰，提高了系统的可靠性。IGBT栅极需串联一定的电阻, 若该电阻较大，会使 IGBT 的开通和关断时间增大，则开通 和关断损耗也增大；若该电阻较小，会造成 IGBT 的电流上 升率增大，同时门极所串联电阻上的损耗也增加。因此，栅 极电阻的大小影响驱动波形的上升、下降速率，需要合理选 择该电阻的大小，一般情况下，该电阻小于100 。本实验中， 栅极电阻选择20大小的阻值。另外，IGBT的引线过长容易 引起振荡，因此，在线路中，其电阻的接入应尽量靠近IGBT。 整个驱动电路系统如上图所示。3、过电流保护设计 芯片内有一个电流比较
8、器，其同相端接电流检测端 CS+(pin 5)反向端在内部接了个2.5V电压。当C/S+电压超 过2.5V时，电流比较器输出高电平，使输出级全部为低电平, 封锁输出，同时，将软起动脚的电压拉到0V，使输出级移相 角为0。当C/S+电压低于2.5V后，电流比较器输出低电 平，开启输出，软起动电路开始工作。4、欠压保护设计芯片内具有欠电压封锁功能。发生欠电压封锁时，所有 输出端均为低电平，一直到电源电压达到10.75门限值。为了 提高欠电压封锁的可靠性，通常欠电压封锁门限制滞后1.5v 即当电源电压下降到9.25时，欠电压封锁电路仍工作。该器 件还具有过电流保护功能，过电流故障发生后70ns内，全
9、部 输出级都能转入判断状态。过电流故障消除后，器件能重新 开始工作。三、电磁兼容措施电磁兼容性设计主要是为了提高电源设备的抗电磁干扰 能力和降低设备的电磁干扰，主要有两种方法：一是直接加 入滤波器；二是利用电磁兼容理论进行设计及计算，使辐射 出去的电磁能量尽量低。1、尽量采用反向恢复时间短的整流二极管（如肖特基二极管） 以及在二次侧输出端采用缓冲吸收电路来改善震荡；或在开 关管集电极回路串联 LRCD 网络，如下图是限制开关功率管 变化速率常用的两种网络，其中图）中的电感L可限制集 电极电流的上升速度，并联于L两端的RCD回路能防止电路 引起振荡。RR(时(b)2、主回路选用软开关模式，特别是设计较大功率的电源时， 尽量避免采用硬开关模式，两者产生的电磁干扰存在明显的 差异。3、在输入和输出端采用滤波装置（包括电源滤波器和 EMI 滤波器），EMI吸收磁环及高频去耦电容等措施。EMI吸收磁 环不仅可以抑制信号线，电源线上的噪声和尖峰干扰，还可 以吸收静电脉冲。去耦电容可以吸收掉高频器件在电源板上 引起的高频辐射噪声。4、采用带屏蔽层的变压器，由于高频变压器设计的一个重要 指标就是尽量减少它的漏磁通引起的对外辐射噪声，因此， 除采取增强其耦合性的一些常规设计外还可在初次极间引起 静电屏蔽层或整体进行电磁场屏蔽。
