1 フルブリッジコンバータトポロジ
フルブリッジ コンバータのトポロジを次の図に示します。
トポロジー分析:
- 入力電圧Vi
- 出力電圧 Vo
- スイッチAss'y S1
- スイッチAss'y S2
- スイッチAss'y S3
- スイッチAss'y S4
- トランスT
- 1次コイル巻数 Np
- 2次側コイルの巻き数 Ns1
- 2次側コイル巻数 Ns2
- 理想整流ダイオード D1
- 理想整流ダイオード D2
- エネルギー貯蔵コンデンサ L
- フィルタコンデンサC
2 フルブリッジコンバータの原理
図に示すように、フルブリッジ コンバータ (フルブリッジ コンバータ) トポロジ:
S1 がオン、S2 がオフ、S3 がオフ、S4 がオンになると、次のようになります。
- 入力電圧端子からS1に電流が流れ、トランス1次巻線とS4で電流ループが形成され、このときのトランス1次巻線の両端の電圧降下はViとなります。
- トランスの1次コイルには電流が流れることで磁力線が発生し、その磁力線が鉄心を通って2次コイル1に伝わり、2次コイル1には誘導電位が発生します。
- 2次コイル1の両端に誘導される電圧Vi/nにより整流ダイオードD1が導通し、電流はD1、出力エネルギー蓄積インダクタ、出力コンデンサを流れるループを形成します。
- 二次側エネルギー蓄積用インダクタの両端の電圧降下VLは一定であるため、インダクタコイルに電流が発生し、この増加した電流はS4が閉じるまでインダクタコアに磁力線を蓄積します。
S1 がオフになると、S2 がオフになり、S3 がオフになり、S4 がオフになります。
- 一次コイルの両端の電圧は 0 になり、変圧器はエネルギーの伝達を停止します。このとき、トランス2次巻線1、巻線2の端子電圧はともに0になります。
- 二次電流の方向は、エネルギー蓄積インダクタンスから出力コンデンサに向かい、2 つのコイルの共通接続点を通って、電流の半分が D1 と D2 に流れ、エネルギー蓄積インダクタンスに戻ります。
- インダクタンスは逆起電力を発生させてD1とD2を同時にオンにし、エネルギー蓄積インダクタンスはスイッチがオフになっても流れ続け、インダクタンスでの電圧降下は出力と同じになります。
- 蓄積インダクタンスは、オン時間中に鉄心に蓄積された磁力線を、インダクタンス上の誘導コイルを通る電流の形で解放します。
S1 がオフ、S2 がオン、S3 がオン、S4 がオフになると、次のようになります。
- 入力電圧端子からS3に電流が流れ、トランス1次巻線とS2で電流ループが形成され、このときのトランス1次巻線の両端の電圧降下はViとなります。
- トランスの一次コイルには電流が流れることで磁力線が発生し、その磁力線が鉄心を通って二次コイル２に伝わり、二次コイル２に誘導電位が発生します。
- 二次コイル 2 の両端に誘導される電圧 Vi/n により整流ダイオード D2 が導通し、電流は D2、出力エネルギー蓄積インダクタ、出力コンデンサを通るループを形成します。
- 2次側エネルギー蓄積インダクタの両端の電圧降下VLは固定されているため、インダクタコイルに電流が発生し、増加した電流はS2が閉じるまでインダクタコアに磁力線を蓄積します。
S1 がオフになると、S2 がオフになり、S3 がオフになり、S4 がオフになります。
- 1次コイルはS1とS3を介して短絡され、1次コイルの両端の電圧は0となり、トランスはエネルギーの伝達を停止します。このとき、トランス2次巻線1、巻線2の端子電圧はともに0になります。
- 二次電流の方向は、エネルギー蓄積インダクタンスから出力コンデンサに向かい、2 つのコイルの共通接続点を通って、電流の半分が D1 と D2 に流れ、エネルギー蓄積インダクタンスに戻ります。
- インダクタンスは逆起電力を発生させてD1とD2を同時にオンにし、エネルギー蓄積インダクタンスはスイッチがオフになっても流れ続け、インダクタンスでの電圧降下は出力と同じになります。
- 蓄積インダクタンスは、オン時間中に鉄心に蓄積された磁力線を、インダクタンス上の誘導コイルを通る電流の形で解放します。
フルブリッジコンバータの電圧変換式：
D1 = デューティ サイクル (半サイクルあたり)
T = 周期
n = トランスの巻数比
電圧波形を図に示します。
フルブリッジコンバータの電圧変換式：
D2 = デューティ サイクル (半サイクルあたり)
T = 周期
n = トランスの巻数比
電圧波形を図に示します。
フルブリッジコンバータの電圧変換式：
D = デューティ サイクル (半サイクルあたり)
T = 周期
n = トランスの巻数比
フルブリッジコンバータのデューティサイクルは次のとおりです。
フルブリッジコンバータは S1 と S4 でオンになり、S2 と S3 がオンになり、半サイクルごとに交互に切り替わって完全なサイクルを形成します。S1 と S4 がオンになる半サイクル中のデューティ サイクルは、正の半サイクル デューティ サイクル D1 として定義されます。S2 と S3 がオンになる半サイクル中のデューティ サイクルは、負の半サイクル デューティ サイクル D2 として定義されます。2 つは同時にオンとオフになり、二次側 Vf は同じターンオン時間と同じ大きさの半サイクルの繰り返し電圧を示します。デューティ サイクルは D で、D は T/2 内の二次側のエネルギー伝送のデューティ サイクルとして定義されます。
3 フルブリッジコンバータの応用例
入力電圧値は Vi で与えられることが知られています
。トランスの巻数比は n
変調です。デューティ サイクルは D(T/2)
、出力電圧値は Vo です。
応用例：
印加入力電圧は 100V、絶縁出力電圧要件は 5V、絶縁トランスの巻数比は 5 です。出力電圧を 5V で安定させるために制御する必要があるデューティ サイクルは何ですか?
4 フルブリッジコンバータの適用環境
フルブリッジコンバータの特徴:
| フルブリッジ | |
|---|---|
| トポロジカルな形式 | 孤立した降圧型 |
| 圧力比(Vo/Vi) | D/n (半サイクルごと) |
| 変圧器の利用 | 高い |
| 電力適用範囲 | >500W |
| 電力密度 | 高い |
| 回転管 | 4個（1次側アクティブスイッチ） |
| 料金 | 高い |
| 変調 | パルス幅変調 (PWM) |
| 制御チップ | UCC28950 |
アプリケーション環境:
- 高出力の要件
- 高電力密度製品のアプリケーション
- 高い効率には製品のアプリケーションが必要です
この記事が皆様のお役に立てば幸いです。上記に何か間違っている点がございましたら、ご指摘ください。
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