移相全桥PWM变换器的DCM研究
移相全桥zvs pwm变换器比较
11
基本移相控制变换器工作过程： 12种工作模式（5）
Q1
Q1 Vin Q3 D1
Q3 Q2 I2
Q1 Q4
A
C1
Q2
D2
B
C2
D3
C3
Q4
D4
C4
ip vAB
Q4 I1
Llk DR 1
Lf RL0Βιβλιοθήκη Cfvin v in
DR 2 TR (e) [t 3 , t 4]
v rect 0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 V in/ K t6 t7 t8 t9t 10t11 t 12t 13
14
超前桥臂实现ZVS
超前桥臂容易实现ZVS，输出滤波电感Lf 与谐振电感Lr串联，此时用来实现ZVS的 能量是Lf和Lr中的能量。一般来说，Lf 很大，在超前桥臂开关过程中，其电流 近似不变，等效于一恒流源。为了实现 超前桥臂的零电压开通，必须使Q1和Q3驱 动信号的死区时间满足以下关系：
Vin (C1 C3 ) 4 NCoss Vin Td ( lead ) Ip I zvs
8
基本移相控制变换器工作过程： 12种工作模式（2）
Q1 Vin Q3 D3 D1
A
C1
Q2
D2
B
D4
C2
Q1 Q4 I1
Q3 Q2 I2
Q1 Q4
C 3
Q4
C 4
ip vAB
Llk DR1
Lf
0
Cf RL
vin v in
DR 2 TR (b) [t 0 , t1]
v rect 0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 V in/ K t6 t7 t8 t9t 10t11 t 12t 13
两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑的比较
两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑的比较移相全桥ZVS-PWM变换器是一种高效率、高可靠性的DC-DC变换器，其拓扑结构复杂，但是具有很好的电路性能和电气参数。
在实际应用中，有多种不同的移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑可供选择。
本篇文章将比较两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑，分别是基于全桥拓扑的变换器和基于三电平全桥拓扑的变换器。
1. 基于全桥拓扑的变换器基于全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器是最常用的拓扑结构。
该拓扑结构具有轻松实现基本ZVS动作的优点，无需使用任何复杂的电路，而且具有较好的成本和设计灵活性。
在实际应用中，基于全桥拓扑的变换器通常需要使用一些辅助电路，以解决谐振现象。
优点：①电路操作简单，易于实现。
②交流侧的损耗较小。
③实现高功率密度。
缺点：①输出电压受交流电源电压的波动影响较大。
②峰值应力程度较高。
2. 基于三电平全桥拓扑的变换器基于三电平全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器是近年来发展较快的一种拓扑结构。
该拓扑结构下，采用更多的功率器件以及更加复杂的电路拓扑，在谐振问题的处理方面具有重要的优势。
目前该拓扑结构在风能、太阳能等领域得到了广泛应用。
优点：①基本消耗无谐振的电路，减小了电路的开关损耗。
②输出电压呈三级结构，可轻松实现多种电压调节方式。
缺点：①开关器件数目增加，造成电路设计和控制难度大。
②在高频控制时可能造成比较强的谐振噪声。
综上所述，两种新型移相全桥ZVS-PWM变换器拓扑各有优缺点，在选择时应根据实际应用需求进行评估。
虽然基于三电平全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器在谐振问题上更加优越，但其电路复杂度和控制难度也更大，适用于高要求的应用场景。
而基于全桥拓扑的移相全桥ZVS-PWM变换器则相对简单易用，更适用于低功率应用。
数据分析是一种通过数学和统计学方法对数据进行分析和解释，以准确判断数据的意义和价值的方法。
在实际工作中，数据分析在市场调研、销售预测、风险管理、财务报表分析等领域都发挥着重要作用。
移相控制的ZVSPWMDC_DC全桥变换器的占空比丢失研究
0 引言
近年来， 随着微电子技术和计算机技术在通信设备中的广泛应 用，各类先进电子设备对电源装置的要求也越来越高。 软开关电源技 术是开关电源的前沿技术之一，它具有主功率管开关应力小、损耗低、 效率高、电源突变速度慢、电磁辐射小等优点。 所以国内外都在开发和 应用这一先进技术。 DC/DC 变换器是电源系统中为电子设备提供直流 动 力 的 主 要 装 置 ，在 DC/DC 变 换 器 中 ，以 全 桥 移 相 控 制 软 开 关 PWM 变换器的研究十分活跃， 它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一， 特别是在中、大功率的应用场合。 所 以 具 有 谐 振 软 开 关 和 PWM 控 制 特 点 的 ，相 移 全 桥 零 电 压 PWM(FB-ZVS-PWM) 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用，由于功率开关器件实现了零电压开关，从而减小了开关损耗，提高 了电源系统的稳定性。 但是，FB-ZVS-PWM 变换器仍然存在占空比丢 失严重、环路导通损耗大等缺点。 本文就是在此基础上提出的。
小，Dloss 越大。 显然 Dloss 的产生使次级占空 比 减 小 了 ，为 了 在 负 载 上 得
到所要求的输出电压，就必须采取一些相应的措施。
3 适用的占空比改善措施
3.1 为了减小占空比的丢失，提高次级有效占空比，可以采 用 串 联 饱 和电感替代谐振电感 Lr。 3.2 在移 相 控 制 的 ZVS PWM DC/DC 全 桥 变 换 器 的 滞 后 桥 臂 中 加 入 辅助网络。 具体电路结构和其工作原理可参阅相关资料[1-4]。 3.3 采用 FB ZVZCS PWM 逆变电路，即超前桥臂实现 ZVS，滞后桥臂
}); Button Quit=new Button("退出"); f.add(Quit); f.setVisible(true); f.pack(); //将 监 听 器 对 象 注 册 到 需 要 监 听 和 处 理 的 组 件 （事 件 源 ）上 Quit.addActionListener(new ActionListener() //匿名内部类 { public void actionPerformed(ActionEvent e)
移相全桥软开关DCDC变换器的研究
以牺牲变压器副边一定量的占空比为代价的，它无法消除只能尽量减小。在低压 大电流输入的情况下，副边占空比的丢失尤为严重，导致变换器的效率低下，使 得实现ＺＶＳ变得没有意义。论文通过在传统移相全桥ＤＣ／ＤＣ变换器的变压器原 边串入可饱和电感，大大减小了副边占空比的丢失，同时在滞后桥臂并联辅助谐 振网络，使得滞后桥臂开关管在轻载时也能实现ＺＶＳ，并迸一步减小了副边占 空比的丢失。可饱和电感和辅助谐振网络的引入解决了低压大电流输入情况下宽 负载范围内实现ＺＶＳ和副边占空比丢失严重的矛盾，在实现ＺＶＳ的同时将副边 占空比丢失减小到几乎为零，使得移相全桥ＺＶＳ技术能够很好地应用于这类
ａｄｏｐｔｓ Ｐｈａｓｅ—Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｕｌｌ—Ｂｒｉｄｇｅ ｚｅｒｏ—ｖｏｌｔａｇｅ—ｓｗｉｔｃｈｅｄ（ＰＳ ＦＢ ＺＶＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｈａｒｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｗａｓｔａｇｅ．Ｉｔ ｇｅｔｓ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．
±里！！兰堕皇三！壅堕堡：！兰垡堕苎
鳖塑全堡墼墅茎里璺竺￡奎垫墨！！！！里
Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌ
ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｐａｒｔ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｓｏｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ
移相全桥ZVS PWM DC／DC变换器的仿真分析
移相全桥ＺＶＳＰＷＭＤＣ／ＤＣ变换器的仿真分析作者：龙泽彪施博文来源：《消费导刊·理论版》2008年第17期[摘要]本文首先在研究硬开关的缺陷上，提出软开关技术。
对移相控制ZVS PWM DC/DC 变换器的工作原理进行分析研究的基础上，使用PSpice9.2计算机仿真软件对变换器的主电路进行仿真和分析，验证该新型DC/DC变换器的拓扑结构设计的正确性和可行性。
[关键词]软开关 DC/DC ZVS 移相控制 PSpice9.2作者简介：龙泽彪（1985-），男，湖北仙桃人，贵州大学电气工程学院在读硕士研究生，研究方向：异步电机控制；施博文（1985-），男，贵州大学电气工程学院在读硕士研究生，研究方向：电力电子与电气传动。
一、引言随着新型电力电子器件以及适用于更高频率的电路拓扑和新型控制技术的不断出现，开关电源朝着小型化、高效化、低成本、低电磁干扰、高可靠性、模块化、智能化的方向发展。
硬开关DC/DC变换器在电流连续工作模式下会遇到严重的问题，这一般都与有源开关器件的体内寄生二极管有关，其关断过程中的反向恢复电流产生的电流尖峰对开关器件有极大的危害。
本文在对DC/DC变换器的基本工作原理进行分析、研究的基础上，对已经出现的软开关DC/DC变换器拓扑结构进行分析研究，提出的一种新型的DC/DC变换器的拓扑结构，并进行深入的研究。
二、移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器（Phase-Shifted zero-voltage-switching PWMDC/DC Full-Bridge Converter，PS ZVS PWM DC/DC FB Converter），是利用变压器的漏感或原边串联的电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现开关管的零电压开关，其主电路拓扑结构及主要波形如图1所示。
其中，D1～D4分别是S1～S4的内部寄生二极管，C1～C4分别是S1～S4的寄生电容或外接电容，Lr是谐振电感，它包含了变压器的漏感。
移相全桥零电压PWM软开关电路的研究
略大于开关管自身的寄生电容可减小管子之间的差
异。 实际中，可根据实验波形对其进行调整。 计算得
Llk=7.2 μH，实际取10～20 μH。 由于 要 兼 顾 轻 载 和 重 载，同 时 电 感 在 超 前 臂 谐 振 和 续 流 时 有 能 量 损 失 ，故
实际中取值较计算值略大为宜。
5 整机最大占空比合理性计算
第 43 卷第 1 期 2009 年 1 月
电力电子技术 Power Electronics
移相全桥零电压 PWM 软开关电路的研究
胡红林， 李春华， 邵 波 （黑龙江科技学院， 黑龙江 哈尔滨 150027）
Vol.43 No.1 January，2009
摘要:介绍了移相全桥零电压 PWM 软开关电路的组成及工作原理，从时域上详细分析了软开关的工作过程，阐述了
在开关电源中具有谐振开关和 PWM 控制特点 的移相全桥零 电 压 PWM 变 换 器 得 到 了 广 泛 应 用 ， 该 类 变 换 器 实 现 了 零 电 压 开 关 （ZVS），减 小 了 开 关 损耗，提高了电源系统的稳定性。 同时，电源可在较 高的开关频率下工作，因而大大减小了无源器件的 体积。 但移相全桥 ZVS 电路存在对谐振电感和电容 的合理选择及占空比丢失的问题，这就要求 ZVS 软 开关有一个合理的最大占空比。
实现 VQ1 零电压关断需要有：
uC1=
iCb 2C1
td1=
is 2nC1
td1≥Uin
（6）
式中：td1 为 VQ1，VQ3 死区时间；n 为变比。
要在全范围内实现超前臂的零电压开通， 必须
以 最 小 输 出 电 流 Iomin 和 最 大 输 入 电 压 Uinmax 来 选 取 C1，C3，即 C1=C3≤Iomintd1/（2nUinmax）。 4.2 串联电感的取值及滞后臂并联电容的选取
数字控制移相全桥DC_DC变换器的研究与设计.pdf
（3）基于 DSP 的移相全桥 DC/DC 变换器控制电路的设计。本 文采用 TI 的 TMS320F28335 作为数字控制芯片，深入研究移相 PWM 驱动信号的产生方法，并设计了采样电路和驱动电路，然后建立了移 相全桥倍流整流 DC/DC 变换器主电路的小信号模型和峰值电流模式 控制的小型号模型，推导了其传递函数，并根据系统的动态响应要求， 利用 MATLAB 中 sisotool 工具，设计峰值电流模式控制的模拟 PID 的参数，根据离散化方法，得到离散化的 PID 控制器的参数，完成了 数字 PID 控制器的设计，最后对主程序及各部分子程序进行了详细的 设计。
A Thesis Submitted to Shaanxi University of Science and Technology in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of
Master of Engineering Science
答辩委员会主席： 评阅人：
申请工学硕士学位论文
论文题目： 数字控制移相全桥 DC/DC 变换器的研究与设计
学科门类：工学 一级学科：电气工程 培养单位：电气与信息工程学院
硕士生：余彬 导 师：史永胜 教授
2015 年 6 月
RESEARCH AND DESIGN OF PSFB DC/DC CONVERTER BASED ON DIGITAL CONTROL
移相ZVS-PWM全桥变换器综述
移相ZVS-PWM全桥变换器概述摘要:移相ZVS-PWM DC/DC全桥变换器巧妙利用变压器漏感和开关管的结电容来完成谐振过程，使开关管实现零电压开关(ZVS)，从而减少了开关损耗。
重点简述了该类变换器的基本原理，介绍了几种常见的拓扑，并简要地分析了它们的优缺点，最后指出了其发展方向。
关键词:移相全桥变换器零电压开关（ZVS）Overview of Phase Shift ZVS-PWM Full Bridge ConverterAbstract:Phase shift PWM DC/DC full bridge converter completing resonance procedure through leakage inductance of the transformer and junction capacitor of switch. It can make the switch achieve ZVS, decreasing the switching loss and interference .This paper describes the basi c principle of the converter, introduce several common topology, some common topologies as well as their advantages and drawbacks are discussed and analyzed. Finally it points out the development direction of the Converter.Key words:phrase shift，full bridge converter，ZVS引言全桥变换器广泛应用于中大功率的直流变换场合，近些年来，其软开关技术吸引了国内外学者的广泛关注，出现了很多控制策略和电路拓扑，其中移相控制是目前研究较多的控制方式，而以移相全桥零电压开关变换器(FB-ZVS-PWM)应用更为广泛。
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Td_lead=2π 姨2LleadClead 垌4Td_lead
（1）
式中：Td_lead 是超前桥臂两管驱动信号的死区时间。
由式（1）知，超前桥臂的死区时间远小于谐振周
期的四分之一。因此，在自由谐振的情况下，Td_lead 时 间段内，uC1 和 uC3 是单调变化的，C1（C3）在 t1 时刻的 电压值就是这段时间的最大值（最小值）。于是可推
移相全桥 PWM 变换器的 DCM 研究
假定超前桥臂开关管 VQl ，VQ3 和滞后桥臂开 关管 VQ2，VQ4 均为理想开关器件；功率器件的并联 谐振电容 C1=C3=Clead，C2=C4=Clag；Lr 为包括主变压器 Tr 的初级漏感和谐振电感在内的总谐振电感值；主 变压器的变比为 K，K>1；VDR1 和 VDR2 是次级的全 波整流二极管；Lf 和 Cf 组成输出滤波器；变换器输 出电压 Uo 和电流 Io 均视为直流量。
通 VQ2，VQ2 为硬开通。由于 VQ2 和 VQ3 导通，C4 被
快速充电至 Uin，而 VQ2 上的电压则降至零。在 t3 时
刻，ip 为负方向增加，流经 VQ2 和 VQ3。由于 ip 仍不
足以提供 Io，Io 仍由 VDR1，VDR2 提供回路，因此初级
绕组电压仍然为零。到 t4 时刻，初级电流折算到初级
1引言
由于零电压开关变换器使 PWM 变换器具备了 谐振变换器的软开关特点，因此近来对这类变换器 的关注日益增长。移相全桥 PWM 变换器是其中应 用较广的一种，它利用电路的寄生参数实现了功率 器件的零电压开关[1]。所研发的设备是一台额定功率 为 10 kW 的低压大功率直流开关电源。主电路拓扑 采用了上述移相全桥 PWM 拓扑，重载时能够实现 两个桥臂的零电压开关（ZVS），但当设备处于空载 和轻载时，初级占空比却比正常工作时小很多，同时 次级输出滤波电感的电压呈现振荡。这会对输出纹 波带来不利的影响，振荡带来的高频干扰也会带来 辐射噪声[2]。首先提出这种现象只发生在输出滤波电 感电流不连续（DCM）的情况下，其次对电流断续模 式下的变换器工作原理和工作过程进行了详细的分 析，给出了超前桥臂在 DCM 模式下实现 ZVS 的条 件。研究证明，这是抑制 DCM 下电感电压振荡的一 种简单易行的方案。
第 42 卷第 11 期 2008 年 11 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.42， No.11 November，2008
移相全桥 PWM 变换器的 DCM 研究
陈 伟， 邹云屏， 李 芬， 王成智 （华中科技大学，湖北 武汉 430074）
摘要:当输出滤波电感的电流在一个周期内不连续时，移相全桥 PWM 变换器就工作在电流断续模式（DCM）。在该模
图 4 抑制 DCM 振荡的措施
3 仿真研究
采用 ORCAD/PSpice 9.2 软件对 DCM 下的移相 全桥 PWM 变换器电路进行仿真分析。并通过改变 相应的元器件参数对谐振现象进行研究和解释。
重点对电感寄生参数的不同取值对谐振波形的
影响进行了软件仿真。仿真实验中，分别增大 Lf， CLf，RLf，Cf 以及负载电流 Io 的值，由此来研究参数取 值对谐振的影响规律。参数变化对谐振的影响规律
的 Io 值为-iLf（t4）/K，该阶段结束。
（6）模态 5 [t4，t5] 如图 2e 所示，VDR1 关断，VDR2
流过全部 Io。在这段时间里，电源给负载供电，初级
电流为：
ip（t）=-
Uin-KUo Lf
（t-t4）
（5）
在 t5 时刻，VQ3 关断，变换器开始另半个周期的
工作。由于后半周期与以上分析类似，故省略。
68
振荡，但通过在电感两端反并联二极管能有效地抑 制该振荡的发生。
2 移相全桥变换器的 DCM 性能分析
下面首先分析变换器断续工作时的工作原理， 其中详细分析了振荡发生的原因，并在此基础上提 出一种抑制振荡的方案。 2.1 DCM 工作过程分析
图 1a 示出移相全桥 PWM 变换器拓扑结构。
图 1 移相全桥 PWM 变换器
（4）模态 3 [t2，t3] t2 时刻，电感电流已经下降到 零。如图 2d 所示，VDR1 和 VDR2 自然关断。理论上， 该阶段中，电感 Lf 两端电压 uLf=0，uCD 即为 Uo。在变 压器初级，VQ4 关断，但由于 ip 之前已经为零，Lr 中 已无能量，无法与滞后桥臂谐振电容谐振，故此时
Study on Phase-Shifted Full-Bridge PWM Converter in DCM
CHEN Wei， ZOU Yun-ping， LI Fen， WANG Cheng-zhi
（Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China） Abstract：Phase-shifted full-bridge PWM converters work in discontinuous current mode （DCM），when the current of output filter inductor is discontinuous in one switching period.The oscillation of inductance voltage is found in DCM converter，which is not allowed in some applications.The operation principle in this mode is described in detail to research the oscillation phenomenon.The output filter inductor is equivalent to LCR paralleled resonant circuit by considering its parasitic parameters.The resonant characters are influenced by parameters’variety.The influence rule is studied by simulation.A useful method to make the oscillation down is proposed at last and is verified by the experimentally results. Keywords：converter；resonance / phase-shifted full-bridge converter；discontinuous current mode
在 ORCAD/PSpice 环境下对工作在 DCM 模式 下的移相全桥 PWM 变换器进行了建模仿真。仿真 和实验波形均证实，DCM 下电感两端电压确实存在
定 稿 日 期 ：2008-07-15 作 者 简 介 ：陈 伟 （1979-），男 ，湖 北 枣 阳 人 ，博 士 研 究 生 ，研
究方向为电力电子与电力传动。
别是电感寄生参数对谐振过程的影响规律。提出了一种抑制该振荡的方法，最后通过仿真和实验验证了该方法对抑
制 DCM 下电感电压振荡的有效性。
关键词：变换器；谐振 / 移相全桥变换器；电流断续模式
中 图 分 类 号 ：TM46
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1000-100X（2008）11-0068-03
在表 1 中作了详细的归纳。由仿真实验得到的规律 与谐振过程的数学描述是一致的。
表 1 各参数对谐振的影响规律
增大的 参数值
Lf CLf RLf Cf Io
谐振特性
ILf 下降 到零的
时间
谐振持 谐振 续时间 频率
谐振电压 幅值的衰
减速度
备注
变长 变短 变小 不变
ILmax 增大
不变 不变 变小 不变
uAB 仍为零。此状态持续至 t3 时刻，次级占空比增加 就发生在这一阶段，这是移相全桥电路工作在 DCM
下的特殊现象。由于 uCD=Uo，次级相对于初级占空比
的增加值 △D 为：
△D=2t23 / Ts
（4）
式中：Ts 是开关周期，Ts =1/fs。
（5）模 态 4 [t3，t4] 如图 2e 所示，在 t3 时刻，开
模态持续时间 t01′为：
t01′=sin-1（UinI1/Zp）/ω
（3）
另一种情况，如图 3 所示，uAB 在 t1 时刻前未能
降到 0，此时，VQ3 虽然将不能实现零压开通，但可
以看作是软开通。
种开关模态。现对其半个工作周期进行分析，工作过
程划分为 5 个阶段，如图 2 所示。
图 2 各开关模态的等效电路
不变
不变 不变
变快
谐振损耗 变大
变长 变短 不变 不变
变长 变短 不变 不变
4 实验结果
移相全桥 PWM 变换器实验装置的参数如下：
直流输入电压为 540 V （由二极管整流电路提供）；
直流输出电压为 28 V；开关频率为 20 kHz；主变压
器变比 K=9；谐振电感为 10 μH；输出滤波电感为
20 μH；寄生电容值为 2 nF；寄生电阻值为 0.5 Ω；输
图 1b 示出变换器在一个开关周期工作的主要 波形。在一个周期中，移相全桥 PWM 变换器有 10
uC1（t1）>Uin，uC3（t1）<0
（2）
先考虑能实现零开通的情况。假定 uC3 在 t1′时
刻降为零，VQ3 的并联二极管 VD3 自然导通。只要在
t1′时刻后开通 VQ3 ，则 VQ3 就是零电压开通。这一
导出在 DCM 模式下超前桥臂实现软开关的条件：