前言:本文基于Plecs 4.1.1仿真環境。
移相全橋作為類BUCK拓撲,其原邊能實現ZVS,副邊易于實現大電流輸出,對輸出電容要求低。使用占空比調制更容易實現寬的輸入輸出范圍,在工業界已經有大批量應用。此篇文章的內容是描述在PLECS仿真軟件中如何實現移相全橋的仿真模型,這種PWM實現方法也十分易于在其它仿真環境和DSP中實現。
第一部分 移相全橋簡介
不同于普通對稱開關的全橋,移相全橋分為超前和滯后橋臂,兩組半橋使用互補50%開關。通過調整超前與滯后橋臂之間的相位差,實現調整傳遞到副邊電感上的占空比大小。通過相位調整來實現閉環控制,在控制的角度可以看成BUCK類拓撲的衍生,如果不關注原邊占空比的發生原理。只關注副邊BUCK的占空比到輸出電壓的傳遞函數的話,完全可以當成BUCK來設計閉環控制器。移相全橋的優點是可以讓原邊開關實現ZVS,隔離驅動易于實現,不足之處是并非全范圍ZVS,占空比會丟失一部分,原邊功率環流等等。
硬件框架:在原邊增加了一個諧振電感,用于實現原邊的ZVS用,其他和普通全橋一致。
控制波形:
驅動AB為超前橋臂驅動信號,驅動CD為滯后橋臂驅動信號。通過調整CD滯后于AB的時間來調整傳遞到副邊電感上的方波占空比。
第二部分 移相驅動波形的實現
不同于模擬控制器UCC3895這種通過大量鎖存器實現的方法,在數字控制器和仿真環境中用三角波載波的方法更容易實現移相驅動波形。
可見下圖示意,把超前橋的高端驅動放在三角波的是0 ~ 0.5*prd產生,低端波形加入死區后互補產生。滯后橋臂的高端驅動根據所需要的滯后時間在三角波的 (0+Tdelay)~ (0.5*prd + Tdelay)產生,低端驅動加入死區時間后互補輸出,這樣就很容易的得到了移相全橋控制所需的超前和滯后PWM波,控制器通過調整Tdelay的大小,也就實現了滯后橋滯后角度的調整。
在PLECS仿真環境里的實現:
用單上升沿的三角波輸入,當三角波大于設定的原點作為橋臂的PWM起點,同理PWM的結束點就用三角波小于(起點+半周期)這個點,有了兩個時間點就可以用and邏輯把高端驅動捕獲,再通過加入死區時間得到互補的高低端驅動,可見下圖:
PWM發生器得到波形為可見下圖,其中中間為超前橋驅動,從三角波的零點開始到中點關閉。滯后橋的起點是三角波的零點加控制值,然后關斷點是三角波的中點加控制值。
閉環控制:
通過增加閉環控制器就可以很容易實現閉環,閉環這一塊可以用PID或其它控制器實現,下圖是電壓模式控制的實現:
啟動波形:
說明:關于環路設計部分后面會單獨寫一篇。感謝觀看,謝謝。
參考文檔:
1,Phase-ShiftedFull-Bridge,Zero-Voltage
Transition Design Considerations Application Report
Literature Number:SLUA107A September 1999 – Revised August 2011
2, UCC3895 數據手冊。
3,脈寬調制DC/DC全橋變換器的軟開關技術(第二版)阮新波著