摘要电力电子变换器是应用电力电子技术将一种电能转变为另一种或多种形式电能的装置。

其中，直流变换器是一个重要部分，它是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器。

DC/DC全桥变换器由DC/AC和AC/DC两种电路形式组合而实现直直变换的，其中DC/AC全桥逆变器的主电路只有一种，但控制方式有三种，其输出不仅与开关器件状态有关，且与负载性质和大小有关。

在后两种控制方式中，电路是否具有续流管会直接影响其输出，同时在变换器的实际应用中还存在直流分量问题，其对电路性能有不良影响，要想办法抑制或消除。

关键字：直流变换器、控制方式续流管、全桥逆变器、输出整流滤波电路、直流分量的抑制目录一全桥逆换器及其控制1.1 双极性控制方式1.1.1 负载为纯电阻1.1.2 负载为电感1.2 有限双极性控制方式1.3 移相控制方式二PWM DC/DC全桥变换器2.1 具有续流管的DC/DC全桥变换器2.2 没有续流管的DC/DC全桥变换器三DC/DC全桥变换器中直流分量的抑制四设计结论五设计体会六参考文献一 全桥逆换器及其控制DC/DC 全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成，首先就全桥逆变器的构成和工作原理做一下简单概述。

1.1 双极性控制方式全桥逆变器的主电路如图1-1所示，有四只功率管1Q ~4Q ，反并联二极管1D ~4D 和输出变压器r T 等构成。

输入直流电源电压为in V ，输出交流电压为o v ，变压器r T 的原边绕组接与AB 两端。

变压器原边绕组匝数为1N ，副边匝数为2N ，变比21/N N K =。

1.1.1 负载为纯电阻晶体管为脉宽调制（PWM ）工作方式，在一个开关周期S T 的前半周，1Q 和4Q 导通2/S T D ⨯，D 为占空比，2/s on T T D =，后半周期为2Q 和3Q 导通，导通时间也为2/S T D ⨯。

1Q 和4Q 导通时in AB V v -=，1Q 和4Q 与2Q 和3Q 均截止时，0=AB v 。

故变压器副边开路时，变压器原边电压AB v 的波形如图1-1(b)所示。

为一个方波电压。

调节晶体管的导通时间，即改变占空比D ，就可以调节AB v 的宽度，从而调节AB v 的有效值的大小。

副边电压o v 波形与AB v 相同，幅值为K V in /。

(a) 全桥逆变器主电路(b) 电阻负载时变压器原边电压和副边电流波形(c) 电感负载时变压器原边电压和副边电流波形图1-1 全桥逆变器若副边接电阻负载R ，则有电流2i 流过电阻，2i 的波形与o v 、AB v 相同，幅值R K V I in m 12⨯=，变压器原边电流1i 的波形与副边电流2i 相同，幅值R KV I inm 121⨯= ，此式也可写成11/R V I in m =，R K R ⨯=21，式中1R 是副边电阻R 折算到原边的值。

由此可见，若变压器为理想变压器，则接于变压器副边的电阻R 与不用变压器，而在AB 两端接电阻1R 的效果是一样的。

故1Q 和4Q 导通时，流过1Q 和4Q 的电流为1/R V in ，2Q 和3Q 导通时的电流也为1/R V in ，此时反并于功率管的二极管1D至4D 中没有电流流过。

1.1.2 负载为电感若变压器副边接电感负载L ，1Q 和4Q 导通时，in AB V v =，K V v in o /=。

在o v 作用下，负载电流自零增加，增加速度为L K V L v dt di in o 12⨯==。

该电流在2S T D t =，即1Q 和4Q 将关断时达到最大值，21max 2S in DT L K V I ⨯⨯=，212max 1S inDT L KV I ⨯⨯=。

1Q 和4Q 关断后，该电流反向。

在这个电压作用下电感电流减小，减小速度与1Q 和4Q 开通时的增长速度相同，如图1-1(c)所示。

在这种情况下，变压器原边和副边电压波形和阻性负载时有很大不同，出现了一块阴影面积，在纯电感负载时此阴影面积和阻性负载时的AB v 面积大小相同。

故输出电压o v 的波形不仅由1Q 和4Q 的导通状态决定，而且与负载的性质有关。

当占空比2/1≥D ，即1Q 和4Q 的导通时间4/S on T T ≥时，AB v 波形成为 180电角宽的方波，即D 在1/2至1的范围内变化时，AB v 和o v 始终为 180方波，不受D 的影响。

由此可见，全桥逆变器在感性负载时不宜采用这种脉宽控制方式。

1.2 有限双极性控制方式全桥逆变器的另一种控制方式是有限双极性控制方式，它是让一个桥臂的两个管子（例如1Q 和3Q ）为PWM 工作，另一桥臂的2Q 和4Q 轮流导通半个周期，1Q 和4Q 同时导通on T 时间。

这种控制方式时，逆变器空载和电阻负载时的输出电压o v 和电流2i 波形与上一种控制方式相同，如图1-2(a)所示。

电感负载时，电压AB v 和变压器副边电流2i 波形如图1-2(b)所示。

1Q 和4Q 导通时，in AB V v =，变压器副边电压K V v in o /=，负载电流2i 的增长率L K V L v dt di in o 12⨯==，L 为负载电感量。

在2S T D t =时，1Q 关断，3D 续流，形成由3D 、变压器原边绕组和4Q 构成的续流回路，故0=AB v 。

因为该回路中没有外电源，若不计电路损耗，则电流2i 保持不变，直到2/S T t =时，4Q 关断，2Q 和3Q 导通，电流2i 才下降。

在这种控制方式下，AB v 和输出电压o v 仅与开关器件状态有关，与负载性质和大小无关。

(a) 电阻负载时变压器原边电压和副边电流波形(b) 电感负载时变压器原边电压和副边电流波形图1-2 有限双极性控制方式下的全桥逆变器的主要波形1.3 移相控制方式全桥逆变器的第三种控制方式是移相控制方式，这种控制方式是1Q 和3Q 轮流导通，各导通 180电角，2Q 和4Q 也是这样，但1Q 和4Q 不同时导通，若1Q 先导通，4Q 后导通，两者导电差α电角，如图1-3（a ）所示。

其中1Q 和3Q 分别先于4Q 和2Q 导通，故称1Q 和3Q 组成的桥臂为超迁桥臂，2Q 和4Q 组成的桥臂为滞后桥臂。

移相控制时，空载电压波形AB v 和输出电压波形O v 如图1-3（a ）所示。

与图1-1（b ）和图1-2（a ）相同。

电阻负载时的电压和电流波形也与图1-1（b ）和图1-2（a ）相同。

电感负载时的电压和电流波形如图1-3（b ）所示，和图1-2（b ）相同，AB v 和O v 不会畸变。

方波电压AB v 的宽度仅与移相角α有关，︒=0α，则AB v 为宽 180电角的方波。

α越大，则AB v 波形越窄，与图1-2（b ）中减小1Q 和3Q 的占空比时情况相同。

(a) 电阻负载时变压器原边电压和副边电流波形(b) 电感负载时变压器原边电压和副边电流波形图1-3 移项控制方式下的全桥逆变器的主要波形二 PWM DC/DC 全桥变换器2.1 具有续流管的DC/DC 全桥变换器脉宽调制型DC/DC 全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成，如图2-1(a)所示。

为了讨论方便，图中采用有续流管FW D 的全波整流电路，整流二极管为1DR 和2DR ，全波整流电路通常用于低电压输出，全桥整流电路常在输出高直流电压时用。

PWM DC/DC 全桥变换器的功率管1Q 和4Q 同时导通，同时关断，导通时间为2/S T D ⨯，D 为占空比。

2Q 和3Q 也一样，仅在一个周期的下半周期内导通。

变压器r T 原边电压AB v 为宽度S T D ⨯/2的方波，如图2-1(b)所示。

AB v 的幅值ABm V =in V ，变压器副边电压幅值m V 2=K V in /。

经二极管1DR 和2DR 整流后的电压，也就是加于二极管FW D 上的电压CD v 的波形如图2-1(b)所示，脉冲电压频率为开关频率的两倍，输出直流电压o V 为：o V =K V D in /⨯1Q 和4Q 或2Q 和3Q 导通，CD v 为正，电感电流增长。

o in Lf f V KV dt di L -= 1Q 和4Q 或2Q 和3Q 截止时，FW D 续流，此时CD v 为0，电感电流在输出电压作用下下降。

o Lf f V dt di L -=FW D 续流时，1DR 和2DR 中的电流为零，变压器副边绕组电流为零，故原边绕组的电流也为零。

电感电流连续时的波形如图2-1(b)所示，电感电流的平均值就是变换器的输出电流，即负载电流o I ：R V I o o /=式中R 为负载电阻。

在o I 已知时求得稳态工作时功率管导通和关断时电感电流的变化量L I ∆，即可得到流过二极管1DR 、2DR 和FW D 的电流1DR i 、2DR i 和DFW i ，如图2-1(b)所示。

流过功率管1Q 至4Q 的负载电流QL i 与流过二极管的电流1DR i 和2DR i 的关系为：K i i DR QL /1=由于变压器铁心磁化与去磁时有磁化电流m i ，故流过晶体管的实际电流Q i 为：m DR m QL Q i Ki i i i +=+=1 不计变压器的损耗时，输入电流平均值i I 与负载电流o I 的关系为：K I D I o i /⨯=若不记开关过程中电路分布电感的感应电势，功率管承受的电压Q V 为： in Q V V =整流二极管1DR 和2DR 上的电压1DR V 和2DR V 以及续流管FW D 上电压DFW V 为：K V V V in DR DR /221==K V V in DFW /=若采用全桥整流电路，则二极管上的电压DR V 为：K V V in DR /=(a) 主电路(b) 主要波形图2-1 具有续流管的DC/DC 全桥变换器2.2 没有续流管的DC/DC 全桥变换器若不接续流管FW D ，变压器的工作与有FW D 时有些不同。

在1Q 和4Q 导通末期，电感电流L i 达到最大值max L I 。

1Q 和4Q 关断后，此电流必继续流过1DR 和变压器副边绕组，富变压器原边绕组中电流方向也不改变，从而使3D 和2D 续流，于是AB 电压变负，即in AB V v -=，从而使副边绕组感应电势极性反向，2DR 导通，流过1DR 的电流减小。

当1DR 和2DR 电流相等时，变压器副边绕组的合成磁势为零，于是变压器原边绕组中电流也降为零，续流过程结束。

没有FW D 的直流变换器关键波形如图2-2所示。

在2/S T D t ⨯=时，1Q 和4Q 关断，AB v 短时出现负值，促使变压器两副边绕组电流相等，合成磁势为零，1DR i 下降到2/max L I ，从而2DR i 从零上升到2/max L I ，max L I 是1Q 和4Q 关断时电感电流的最大值。