一種新型電流型全橋數字電源
一種新型電流型全橋數字電源,包括輸入整流電路,數字控制電路,DC/DC級變換器,輔助電源.其特點是采用了電流型全橋電路拓撲結構,利用數字信號處理器的強大運算和控制能力來實現單級功率因數校正交/直(AC/DC)電源變換器.
附圖說明:圖一為工作模態說明示意圖,圖二是變換器一個工作周期內的主要波形對應圖.圖三是開關管上電壓波形圖.
本電路的基本拓撲結構為電流型全橋變換器,該變換器采用斜對角的兩只開關管斷開時間錯開的切換方式,圖中Vin為整流后的直流電壓,L1為升壓電感,C8為隔直電容,Q1-Q4是四個開關管, T1為主變壓器, D5,D6,C9組成輸出整流電路, Q1&Q4 Q2&Q3在一個開關周期內分別以大于50%的占空比交替導通和關斷.
為了簡化分析過程,作如下假設:變壓器磁化電流忽略不計,由于輸出濾波電容足夠大, 因此輸出可以看成是恒壓源.而且設同步整流驅動信號為零,去除相關輔助電路,由圖一可得出圖二, 當電源變換器處于穩定工作狀態且連續工作模式(CCM)時,一個完整的工作周期可分為八個工作模態(見圖三).
1) 模態1:(t1時刻之前), Q1,Q2,Q4導通,Q3關斷, 四個功率管電壓V1-V4為零,輸入電壓直接加在升壓電感L1兩端,相當于基本Boost變換器中電源向升壓電感的充電狀態, 升壓電感電流IL線性上升,變壓器原邊電流Ip為零, 變壓器原邊電壓Vb為零, 輸出整流二極管D5, D6都截止,負載由濾波電容C9提供能量.
2) 模態2:(t1-t2時刻), t1時刻開通Q3,由于四個功率管電壓V1-V4全為零,因此Q3是零電壓開通. 在該模態中, Q1-Q4全部導通, 其工作方式和模態1基本相同
3) 模態3:(t2-t3時刻), t2時刻關斷Q4,由于四個功率管電壓V1-V4全為零,因此Q4是零電壓關斷. 在該模態中, Q1-Q3導通, Q4關斷, 其工作方式和模態1基本相同.
4) 模態4:(t3-t4時刻), t3時刻關斷Q1,由于功率場效應管漏極和源極之間的電容效應, 電容兩端的電壓V1不能突變,因此Q1是零電壓關斷. 在該模態中, Q2,Q3導通, Q1,Q4關斷,電網和升壓電感中的能量同時向負載供電,副邊電流Io經整流管D5,此時,原邊電流Ip=IL,原邊電壓Vb=nVo,V1=V4=Vb,V2=V3=0.n是高頻變壓器的原,副邊間的匝數比.
5) 模態5:(t4-t5時刻) t4時刻開通Q1,由于變壓器原邊繞組漏感的存在, 變壓器原邊繞組電流Ip和升壓電感電流IL在開通瞬間不能突變,因此Q1在導通時刻漏源極間電流為零,實現了零電流開通. 在該模態中, Q1-Q3導通, Q4關斷,由于原邊繞組電壓為零,副邊輸出電壓加在原邊漏感上使原邊電流Ip線性減小. Q2中的電流向Q1轉移,而Q1中的電流從零線性上升, 輸入電壓直接加在升壓電感L1兩端,相當于基本Boost變換器中電源向升壓電感的充電狀態, 升壓電感電流Il線性上升,整流二極管D5的輸出電流也減小到零,自然關斷,不存在反向恢復問題.
6) 模態6:(t5-t6時刻), t6時刻開通Q4,該模態的工作方式和模態2相同.升壓電感電流繼續上升.
7) 模態7:(t6-t7時刻), t7時刻關斷Q3,該模態的工作方式和模態3相同.升壓電感電流繼續上升.
8) 模態8:(t7-t8時刻), t8時刻關斷Q2,該模態的工作方式和模態4相同.升壓電感電流繼續上升.經過t8時刻,3則進入模態1,變換器又開始另一周期的工作.
9) 具體電路參數如下:L1為3毫亨,Q1-Q4為IRFPE50,驅動芯片為IR2113S,DSP的PWM驅動信號設置為下橋臂相對于上橋臂提前關斷和延遲導通的時間均為100ns,Boost工作頻率為100KHz.
10) 在正常工作中,輸出電壓為48V,負載電阻為18歐,在開關管閉合的瞬間,有一尖峰電壓,幅值高達六百伏,具體波形見圖三,請問該尖峰電壓的產生原理以及抑制方法.
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