一种新型电流型全桥数字电源
一种新型电流型全桥数字电源,包括输入整流电路,数字控制电路,DC/DC级变换器,辅助电源.其特点是采用了电流型全桥电路拓扑结构,利用数字信号处理器的强大运算和控制能力来实现单级功率因数校正交/直(AC/DC)电源变换器.
附图说明:图一为工作模态说明示意图,图二是变换器一个工作周期内的主要波形对应图.图三是开关管上电压波形图.
本电路的基本拓扑结构为电流型全桥变换器,该变换器采用斜对角的两只开关管断开时间错开的切换方式,图中Vin为整流后的直流电压,L1为升压电感,C8为隔直电容,Q1-Q4是四个开关管, T1为主变压器, D5,D6,C9组成输出整流电路, Q1&Q4 Q2&Q3在一个开关周期内分别以大于50%的占空比交替导通和关断.
为了简化分析过程,作如下假设:变压器磁化电流忽略不计,由于输出滤波电容足够大, 因此输出可以看成是恒压源.而且设同步整流驱动信号为零,去除相关辅助电路,由图一可得出图二, 当电源变换器处于稳定工作状态且连续工作模式(CCM)时,一个完整的工作周期可分为八个工作模态(见图三).
1) 模态1:(t1时刻之前), Q1,Q2,Q4导通,Q3关断, 四个功率管电压V1-V4为零,输入电压直接加在升压电感L1两端,相当于基本Boost变换器中电源向升压电感的充电状态, 升压电感电流IL线性上升,变压器原边电流Ip为零, 变压器原边电压Vb为零, 输出整流二极管D5, D6都截止,负载由滤波电容C9提供能量.
2) 模态2:(t1-t2时刻), t1时刻开通Q3,由于四个功率管电压V1-V4全为零,因此Q3是零电压开通. 在该模态中, Q1-Q4全部导通, 其工作方式和模态1基本相同
3) 模态3:(t2-t3时刻), t2时刻关断Q4,由于四个功率管电压V1-V4全为零,因此Q4是零电压关断. 在该模态中, Q1-Q3导通, Q4关断, 其工作方式和模态1基本相同.
4) 模态4:(t3-t4时刻), t3时刻关断Q1,由于功率场效应管漏极和源极之间的电容效应, 电容两端的电压V1不能突变,因此Q1是零电压关断. 在该模态中, Q2,Q3导通, Q1,Q4关断,电网和升压电感中的能量同时向负载供电,副边电流Io经整流管D5,此时,原边电流Ip=IL,原边电压Vb=nVo,V1=V4=Vb,V2=V3=0.n是高频变压器的原,副边间的匝数比.
5) 模态5:(t4-t5时刻) t4时刻开通Q1,由于变压器原边绕组漏感的存在, 变压器原边绕组电流Ip和升压电感电流IL在开通瞬间不能突变,因此Q1在导通时刻漏源极间电流为零,实现了零电流开通. 在该模态中, Q1-Q3导通, Q4关断,由于原边绕组电压为零,副边输出电压加在原边漏感上使原边电流Ip线性减小. Q2中的电流向Q1转移,而Q1中的电流从零线性上升, 输入电压直接加在升压电感L1两端,相当于基本Boost变换器中电源向升压电感的充电状态, 升压电感电流Il线性上升,整流二极管D5的输出电流也减小到零,自然关断,不存在反向恢复问题.
6) 模态6:(t5-t6时刻), t6时刻开通Q4,该模态的工作方式和模态2相同.升压电感电流继续上升.
7) 模态7:(t6-t7时刻), t7时刻关断Q3,该模态的工作方式和模态3相同.升压电感电流继续上升.
8) 模态8:(t7-t8时刻), t8时刻关断Q2,该模态的工作方式和模态4相同.升压电感电流继续上升.经过t8时刻,3则进入模态1,变换器又开始另一周期的工作.
9) 具体电路参数如下:L1为3毫亨,Q1-Q4为IRFPE50,驱动芯片为IR2113S,DSP的PWM驱动信号设置为下桥臂相对于上桥臂提前关断和延迟导通的时间均为100ns,Boost工作频率为100KHz.
10) 在正常工作中,输出电压为48V,负载电阻为18欧,在开关管闭合的瞬间,有一尖峰电压,幅值高达六百伏,具体波形见图三,请问该尖峰电压的产生原理以及抑制方法.
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