2 初级侧的 SHB 拓扑

如 图 2-1 所示，在 t0 到 t1 级，当开关 Q2 和 Q3 关断时，开关 Q1 和 Q4 可以一起导通，电流如蓝色箭头所示。在 t3 到 t4 级，开关 Q2 和 Q3 可以在开关 Q1 和 Q4 关断后导通。绿色箭头表示电流。在 t1 到 t2 和 t3 到 t4 级，所有 MOSFET 都关断，电流为零。

使用上述控制方案时，Imid 为零。这意味着顶部电容器和底部电容器可以同时充电和放电，两个输入电容器的中间电压是输入电压的一半。该控制方案专为硬开关半桥 (HSFB)、LLC 和单相移双有源电桥 (SPSDAB) 而设计，但不适用于相移半桥 (PSFB)。事实证明，相移控制要复杂得多。以下章节对此进行了更详细的说明。

图 2-2 显示了 HSFB SHB 控制的 Simplis 仿真结果。Vmid 是输入串联电容器的中间电压，Imid 是进出中点的电流。Imid 在整个时间段内保持为零，因此这里不存在中电压平衡问题 (MVBI)。确保阻断电容器上的 DC 偏置电压为输入电压的一半。

如 图 2-3 所示，使用原始 PSFB 控制方案时，两个串联输入电容器的中间电压可能不平衡，这意味着每个输入电容器的电压不是 Vin/2。主要原因是初级侧的循环电流，它会导致其中一个电容器持续放电，而另一个电容器则处于平衡状态。

这里，上部两个开关的电压应力取决于上部电容器。下部两个开关的电压应力取决于下部电容器。

根据 图 2-4 中显示的仿真结果，在稳态下，Vmid 最终可以达到一个稳定的值。稳定值取决于负载。负载越重，Cin_top 和 Cin_bot 的电压振动就越大。在 OCP 或短路等特定瞬态条件下，中间电压可能会变得非常大（或非常小），从而导致开关故障。这就是为什么用户必须注意 MVBI。

图 2-5 和 图 2-9 显示了中电压平衡问题的根本原因。

在 T0 到 T1 级，Q1 和 Q4 导通，Q2 和 Q3 关断，电流路径如蓝色箭头所示。电流不能流入或流出 Imid。Cin_top 和 Cin_bot 正在放电。

在 T1 到 T2 级，Q1 和 Q2 导通，Q3 和 Q4 关断，电流路径如蓝色箭头所示。出现负 Imid。Cin_top 仍在放电。

在 T2 到 T3 级，Q2 和 Q3 导通，Q1 和 Q4 关断时，电流路径如蓝色箭头所示。电流不能流入或流出 Imid。

在 T3 到 T4 级，Q2 和 Q4 导通，Q1 和 Q3 关断，电流路径如蓝色箭头所示。再次出现负 Imid。Cin_bot 正在充电。

Imid 在四个级保持相同的方向，这导致 Cin_top 始终放电，而 Cin_bot 每周期充电和放电一次。因此，会发生中间电压平衡问题。可以使用 方程式 1 计算振动电压。这与 Iout 成正比。

其中：Toff 是半个周期内的循环电流时间。

Nps 为变压器的匝数比

ΔIL 是输出扼流圈的纹波电流

根本原因与循环电流有关。如何解决此问题？基本思路是能量流入或流出 Cin_top 或 Cin_bot 可以等效。这意味着我们需要在一个切换周期中和 Imid。

如 图 2-9 所示，提出了一个可行的计划。在标有粉色的前半个周期中，Imid 可以流过 Cin_top 两次，而在另半个标有蓝色的周期中，Imid 也可以流过 Cin_bot 两次。在每半个周期中，Imid 的方向可以反转，Cin_top 或 Cin_bot 可以充电一次并放电一次。因此，输入电容器的中间电压是平衡的。

以下各显示了从 图 2-9 到 图 2-17 的每个步骤的详细信息。

在 T0 到 T1 级，Q1 和 Q4 导通，Q2 和 Q3 关断。电流路径如蓝色箭头所示。电流不能流入或流出 Imid。Cin_top 和 Cin_bot 正在放电。

在 T1 到 T2 级，Q1 和 Q2 导通，Q3 和 Q4 关断，电流路径如蓝色箭头所示。出现负 Imid。Cin_top 仍在放电。

在 T2 到 T3 级，Q2 和 Q3 导通，Q1 和 Q4 关断，电流路径如蓝色箭头所示。电流不能流入或流出 Imid。

在 T3 到 T4 级，Q2 和 Q4 导通，Q1 和 Q3 关断，电流路径如蓝色箭头所示。正 Imid。Cin_top 正在充电。

在前半个周期中，Imid 可以在反向方向上通过 Cin_top 流动两次，因此 Cin_top 的电压与原始值保持相似。

在 T4 到 T5 级，Q1 和 Q4 导通，Q2 和 Q3 关断，电流路径如蓝色箭头所示。电流不能流入或流出 Imid。Cin_top 和 Cin_bot 正在放电。

在 T5 到 T6 级，Q2 和 Q4 导通，Q1 和 Q3 关断，电流路径如蓝色箭头所示。发生正 Imid。Cin_bot 仍在放电。

在 T6 到 T7 级，Q2 和 Q3 导通，Q1 和 Q4 关断，电流路径如蓝色箭头所示。电流不能流入或流出 Imid。

在 T7 到 T8 级，Q2 和 Q4 导通，Q1 和 Q3 关断，电流路径如蓝色箭头所示。负 Imid。Cin_bot 正在充电。

在后半周期，Imid 还可以在反向方向上流经 Cin_bot 两次，因此 Cin_bot 的电压保持 Vin/2。

采用该设计时，可解决中间电压平衡问题。但 PWM 相当复杂，这在一个周期中需要两个脉冲。大多数 MCU 器件无法做到这一点。TI 的新一代 C2000 器件提出了 5 型 ePWM 特性，该特性具有八个扩展比较寄存器。不会在单个 PWM 周期内生成单个脉冲，而是可以在单个 PWM 周期内生成最多四个脉冲。

请注意，并非所有 C2000 器件都支持 5 型特性。5 型中只能使用向上计数模式。本应用手册使用 F28P65X 系列。

图 2-18 提供了在一个 PWM 周期内生成两个脉冲的示例。通过将 XCMP1-4 分配给 CMPA 并将 XCMP5-8 分配给 CMPB，用户可以在一个 PWM 周期内获得两个具有两个脉冲的独立 PWM。

PMP41139 设计的开关频率为 200kHz，但时基时钟 (TBCLK) 可以设置为 100kHz，因为谐振回路中的电流可以循环两次。图 2-19 显示了建议的控制方案的 5 类 ePWM 配置。

Q1 和 Q2 是互补的；将 XCMP1-3 设置为 Q1。

Q3 和 Q4 是互补的；将 XCMP1-4 设置为 Q3。

使用 5 型时，必须更新 PWM 的几个 XCMP 值。是否有简单的方法可以实现相同的 PWM？是否可以使用 4 型？

答案是肯定的。粉色区域和蓝色区域具有轴向对称性，如 图 2-20 所示。在粉色区域，只需设置 CMPA 和 CMPB 即可获得 Q1，在蓝色区域，则需交换 CMPA 和 CMPB 值才能获得 Q1。

在 PMP41139 中，使用此方法输出所需的 PWM。