高壓電源之全橋控制策略

上圖所示全橋電路結(jié)構(gòu),基本原理為:直流電壓Uin經(jīng)過VT1、VD1～VT4、VD4組成的全橋開關(guān)變換器,在Tr初級(jí)得到交流方波電壓uAB,經(jīng)變壓器升壓或降壓,再由輸出整流橋變換成直流方波,最后通過電感Lf、電容Cf組成的濾波器,在Cf上得到平直的直流電壓。

全橋DC/DC變換器有四種控制策略，分別是雙極性控制方式、有限雙極性控制方式、不對(duì)稱控制方式以及移相控制方式。

在了解上述4種工作方式前，先了解兩個(gè)關(guān)鍵字，zvs和zcs。

pwm控制開關(guān)管工作在硬開關(guān)模式下，即開／關(guān)過程中電壓下降／上升和電流上升／下降波形有交疊。此種方式效率低，對(duì)開關(guān)管損耗大。所以為了解決這個(gè)問題，出現(xiàn)了所謂零電壓開關(guān)(ZVS)／零電流開關(guān)(ZCS)技術(shù)，電壓電流不交疊，即軟開關(guān)技術(shù)。

雙極性控制方式為：開關(guān)管VT1和VT4、VT2和VT3同時(shí)開通和關(guān)斷,其開通時(shí)間不超過半個(gè)開關(guān)周期,即它們的開通角小于180度。

屬于基本控制方式，通過調(diào)節(jié)脈寬來調(diào)節(jié)輸出電壓，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，工作時(shí)須采用緩沖電路吸收尖峰電壓。

有限雙極性控制方式為：有限雙極性控制方式正半周期中,VT4一直開通,VT1只開通一段時(shí)間;負(fù)半周期中,VT2一直開通,VT3只開通一段時(shí)間。VT1 和VT3分別在VT4和VT2之前關(guān)斷。定義VT1、VT3組成的橋臂為領(lǐng)先橋臂,VT2、VT4組成的橋臂為滯后橋臂。

這種方式實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)先橋臂的零電壓開關(guān)，和滯后橋臂的零電流開關(guān)，從而降低功耗。

不對(duì)稱控制方式為：VT1和VT4和VT2和VT3同時(shí)開通和關(guān)斷,與雙極性方式不同的是VT1、VT4和VT2、VT3的開通和關(guān)斷是互補(bǔ)的,即當(dāng) VT1、VT4開通時(shí),VT2、VT3關(guān)斷;VT1、VT4關(guān)斷時(shí),VT2、VT3開通。VT1、VT4的開通時(shí)間與VT2、VT3的不一樣,因此uAB 正負(fù)半周的時(shí)間不一樣。

這個(gè)電路在實(shí)現(xiàn)開關(guān)管ZVS的同時(shí),有一個(gè)特別的優(yōu)點(diǎn)，互補(bǔ)導(dǎo)通(但不是180°互補(bǔ)導(dǎo)通),之間沒有死區(qū)時(shí)間，平直的輸入電流有利于輸入濾波器的設(shè)計(jì)。

移相控制方式為：每個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管180°互補(bǔ)導(dǎo)通,兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通之間相差一個(gè)相位,即所謂移相角。VT1、VT3的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別領(lǐng)先于VT4、VT2,可以定義VT1、VT3組成的橋臂為領(lǐng)先橋臂,VT2、VT4組成的橋臂為滯后橋臂。

利用變壓器的漏感和開關(guān)管的寄生電容實(shí)現(xiàn)ZVS,通過調(diào)節(jié)移相角來調(diào)節(jié)輸出電壓，有開關(guān)頻率穩(wěn)定，開關(guān)頻率可高，元器件的電壓和電流應(yīng)力小。

下圖為4種控制方式的波形示意圖

四種全橋控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)：

雙極性控制的缺點(diǎn)：1、尖峰大。2、損耗大。3、開關(guān)管需要很大的安全工作區(qū)。4、二極管的反向恢復(fù)也會(huì)造成很高的電壓、電流尖峰和損耗。5、驅(qū)動(dòng)電路不穩(wěn)定，產(chǎn)生很大噪聲。6、開關(guān)損耗限制了開關(guān)頻率的提高，使動(dòng)態(tài)特性降低，不利于濾波器的小型化。

有限雙極控制的缺點(diǎn)：1、IGBT一般承受很高的反向電壓,而且可能反向雪崩擊穿。2、IGBT要承受很高的正向電壓。3、沒有充分利用漏感能量,使其消耗在雪崩擊穿的IGBT中,造成IGBT功耗較大。4、因有一對(duì)開關(guān)管是ZVS,因而仍存在電流拖尾,限制了開關(guān)頻率的提高。

不對(duì)稱控制的缺點(diǎn)：1、需要隔直電容。2兩對(duì)開關(guān)管的電流應(yīng)力不一樣,不利于統(tǒng)一選擇開關(guān)管。3、需要電感，,這個(gè)電感一直流動(dòng)著一個(gè)直流電流,電感中存在損耗。4、存在占空比丟失現(xiàn)象。

移項(xiàng)控制的缺點(diǎn)：1、存在占空比丟失。2、開關(guān)管的電流峰值增加。3、次級(jí)整流橋的耐壓值增加。

從實(shí)現(xiàn)變換裝置小型化和輕量化的角度來看,在四種控制方式中,雙極性控制方式和不對(duì)稱控制方式不大適用于中、大功率應(yīng)用場(chǎng)合。有限雙極性控制方式和移相控制方式具有更多的優(yōu)越性,是中、大功率應(yīng)用場(chǎng)合的理想控制方式。

所以這次的電源應(yīng)該選擇有限雙極性控制方式或者是移項(xiàng)控制方式。看波形，我還是傾向于移項(xiàng)控制方式。接下來需要了解一下軟開關(guān)，zvs和zcs，還有移相控制。