零电压移相全桥DC-DC变换器
基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器
基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器马骜;黄铂;王朋【摘要】零电压电流开关(ZCZVS)控制的DC/DC变换器在中大功率应用场合应用逐渐广泛,其较宽的开关范围及较低的损耗等优点令人瞩目.本文介绍了基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥的工作原理及基于UC3875的移相驱动和控制系统,并用该芯片完成一台输出50V/20A的ZCZVS移相全桥DC/DC变换器的样机设计,给出了电路主要参数的设计和初步的实验结果.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)009【总页数】4页(P173-176)【关键词】饱和电抗器;移相全桥;直流-直流变换器;零电压电流开关【作者】马骜;黄铂;王朋【作者单位】武汉科技大学城市学院,湖北武汉430083;武汉大学湖北武汉430072;武汉大学湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TN709直流电源在许多场合都发挥着重要作用，作为直流电源的一个重要环节，DC/DC 变换器的性能很大程度上决定了直流电源的成本和可靠性。
DC/DC变换器有多种结构，根据电源的功率需求，选择合适的变换器拓扑结构。
基本DC/DC变换器（如：Buck、Boost、Buck/Boost、Forward 等变换器）只应用在小功率场合，而在中大功率场合，一般采用半桥或全桥变换器。
全桥变换器是一种先经DC/AC高频逆变，再经AC/DC不控整流的两级DC/DC变换器。
高频变压器把直流负载与交流电网隔离，高频变压器输出侧直流LC滤波器重量和体积不大，输出直流电压纹波小，动态特性好，全桥变换器已成为较大功率DC/DC变换器的最佳技术方案之一[1]。
经过几十年的发展，在中大功率应用中，移相全桥软开关DC/DC变换器逐渐成熟，已成为DC/DC变换器的主流，与其他DC/DC变换器相比，移相全桥软开关拓扑结构充分利用了电路本身的寄生参数，通过控制PWM脉冲的相位使开关管工作在软开关状态，降低了开关损耗，提高了变换器的效率。
第十章-软开关技术2——移相控制ZVS-PWM-DC-DC全桥变换器
loss
TS / 2
而 t25
Lr [ I 2 I Lf (t5 ) / K ] Vin
那么有：Dloss
2Lr [ I 2 I Lf (t5 ) / K ] Vin TS
Dloss 越大；②负载越大， Dloss越大；③ Vin越低，Dloss 越大。 可知：① Lr 越大， Dloss 的产生使DS 减小，为了得到所要求的输出电压，就必须减小原副边的 匝比。而匝比的减小，带来两个问题： ①原边电流增加，开关管电流峰值也要增加，通态损耗加大； ②副边整流桥的耐压值要增加。
6.
Vin i p (t ) (t t4 ) Lr
到 t5 时刻，原边电流达到折算到原 边的负载电流 I Lf (t5 ) / K值，该开 关模态结束。 持续时间为：
t45
Lr I Lf (t5 ) / K Vin
7. 开关模态6 在这段时间里，电源给负载供电 原边电流为:
10.3. 3 两个桥臂实现ZVS的差异
1.实现ZVS的条件 要实现开关管的零电压开通，必须有足够的能量： ①抽走将要开通的开关管的结电容（或外部附加电容）上的电荷； ②给同一桥臂关断的开关管的结电容（或外部附加电容）充电； 考虑到变压器的原边绕组电容，还要有能量用来： ③抽走变压器原边绕组寄生电容CRT 上的电荷。
ip (t ) I p (t0 ) I1
vC1 (t )
I1 (t t0 ) 2Clead I1 vC 3 (t ) Vin (t t0 ) 2Clead
在
C3 电压降到零，D3 自 t1时刻，
然导通。
3.开关模态2
td (lead ) t01
D3导通后，将Q3 的电压箝在零位 此时开通Q3 ，则Q3是零电压开通。 Q3和Q1驱动信号之间的死区时间 ，即
移相全桥DCDC变换器的设计与研究
i
ABSTRACT
With China's rapid economic development, electronic technology and computer technology become more and more widely. It makes the power supply develop in the direction of lighter , smaller, high-frequency and high-efficiency. While increasing the operating frequency, the power switch voltage and current stress increases as well.Soft-switching technology can achieve zero-voltage start or zero current shutdown. It can also improve the efficiency and reduce the electromagnetic interference. In the field of high-power applications,the phase-shifted full-bridge DC/DC converter has a simple circuit structure, a small switching loss, and it is easy to control.So it has been generally applied on many occasions.
第二章 移相全桥 DC/DC 变换器............................................................................................7 2.1 移相全桥 ZVS DC/DC 变换器 ....................................................................................7 2.2 移相全桥 DC/DC 变换器控制方式...........................................................................13 2.2.1 PID 控制............................................................................................................13 2.2.2 电压和电流双闭环控制 .................................................................................. 13 2.2.3 模糊控制 .......................................................................................................... 13 2.3 移相全桥 DC/DC 变换器关键问题的分析 ..............................................................14 2.3.1 两个桥臂实现 ZVS 的差异.............................................................................14 2.3.2 副边占空比的丢失 .......................................................................................... 16 2.3.3 整流二极管的换流 .......................................................................................... 17 2.4 改进型全桥移相 ZVS-PWM DC/DC 变换器电路 ..................................................21 2.5 本章小结 .....................................................................................................................28
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dcdc变换器原理
移相全桥dcdc变换器，让电力转换更高效移相全桥dcdc变换器是一种高效的电力转换装置，它能够将直流
电能转换为交流电能，并通过谐振方式实现零电压开关，能够减小开
关损耗和输出滤波器的体积和成本，增强整个系统的可靠性和稳定性。
移相全桥dcdc变换器的原理是将交流信号移相90度，使得开关
管在工作时零电压开关，从而减小了开关损耗，提升了功率转换效率。
在相移间隔较小的情况下，移相全桥变换器能够实现高效稳定的电力
转换，被广泛应用于电力电子转换和节能环保等领域。
同时，移相全
桥变换器具有响应速度快、输出波形优秀、噪声低等优点，成为极具
潜力的发展方向。
在实际应用中，移相全桥dcdc变换器需要注意的是控制策略和拓
扑结构。
良好的控制策略能够有效解决电力转换中的问题，同时决定
了装置的可靠性和稳定性。
基于不同的需求，移相全桥dcdc变换器的
拓扑结构也需要灵活调整和适应。
例如，在电池串联应用中，采用并
联谐振转换器能够有效提升效率，降低输出电压波动。
移相全桥dcdc变换器的发展，将对传统电力装置的转换和发展带
来深刻的影响。
未来，随着科技的不断发展，相信这种高效稳定的电
力转换装置将会在更广泛的领域得到应用，为推动可持续发展和能源
转型做出更多的贡献。
移相全桥ZVZCSDCDC变换器综述.
移相全桥ZVZCSDC/DC变换器综述摘要：概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC变换器，简要介绍了各种电路拓扑的工作原理，并对比了优缺点，以供大家参考。
关键词：移相控制；零电压零电流开关；全桥变换器 1概述所谓ZVZCS，就是超前桥臂实现零电压导通和关断，滞后桥臂实现零电流导通和关断。
ZVZCS方案可以解决ZVS方案的故有缺陷，即可以大幅度降低电路内部的循环能量，提高变换效率，减小副边占空比丢失，提高最大占空比，而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响。
图1 滞后桥臂零电流开关是通过在原边电压过零期间使原边电流复位来实现的。
即当原边电流减小到零后，不允许其继续反方向增长。
原边电流复位目前主要有以下几种方法： 1）利用超前桥臂开关管的反向雪崩击穿，使储存在变压器漏感中的能量完全消耗在超前桥臂的IGBT中，为滞后桥臂提供零电流开关的条件；图2 2）在变压器原边使用隔直电容和饱和电感，在原边电压过零期间，将隔直电容上的电压作为反向阻断电压源，使原边电流复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件； 3）在变压器副边整流器输出端并联电容，在原边电压过零期间，将副边电容上的电压反射到原边作为反向阻断电压源，使原边电流迅速复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件。
图3 2 电路拓扑根据原边电流复位方式的不同，下面列举几种目前常见的移相全桥ZVZCSPWMDC/DC拓扑结构，以供大家参考。
图4 1）NhoE.C. 电路如图1所示[1]。
该电路是最基本的移相全桥ZVZCS变换器，它的驱动信号采用有限双极性控制，从而实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流开关。
这种拓扑结构的缺陷是L1k要折衷选择，L1k太小，在负载电流很小时，超前桥臂不能实现零电压开关；L1k太大，又限制了iL1k的变化速度，从而限制了变换器开关频率的提高。
变换器给负载供电方式是电流源形式，电感L1k电流交流变化，输入电流脉动很大，要求滤波电容很大。
电流模式控制移相全桥零电压软开关(ZVS)DC-DC功率变换器
引言随着计算机与通信技术的飞速发展，作为配套设备的开关电源也获得了长足进步，并随着新器件、新理论、新电磁材料和变换技术以及各种辅助设计分析软件的不断问世，开关电源的性能不断提高。
本文介绍一种新型的高频DC/DC开关变换器，并成功地应用在军用充电机上。
DC/DC变换器主电路改进型移相全桥ZVS DC/DC变换器主电路结构和各点波形对照如图1、图2所示。
由于电路工作状态在一个周期内可以分为两个完全一样的过程，所以以下仅仅分析半个周期的情况，而这半个周期又可分为以下三种开关模态。
● 开关模态1，t0<t<t1，其中t1=DT s/2此时Q1和Q4同时导通，变压器副边电感L1和整流管D S2导通，原边能量向负载端传递。
此模态的等效电路见图3。
其中，a为变压器变比，V in是直流母线电压，I1和I2分别是电感L1和L2电流(L1=L2=LS)，此时有等式（1）成立。
(1)(2)I p(t)=aI1(t)(3)当Q4关断时该模态过程结束。
● 开关模态2，t1<t<t2，其中t2≤T s/2在t1时刻关断Q4，此时副边电感L1中储存的能量给Q4电容(或并联电容)充电，同时将Q3两端电容电荷放掉。
为了实现软开关，Q4关断和Q3开通之间至少要存在一死区时间Δt1，使得在Q3开通前D3首先导通，且有下式成立。
I p1Δt1=2C eff V in(4)其中C eff是开关管漏源两端等效电容，I P1为t1时刻变压器原边流过电流。
当D3导通后，变压器副边两个二极管D S1和D S2同时导通，电路工作在续流状态。
此时等效电路如图4所示。
此时有如下电路方程成立。
(5)(6)(7)(8)r t=r mosfet+r xfmr (9)其中D为脉冲占空比，f S为电路工作频率，L’ik为主边变压器漏感(或与外接电感的串联值)，rt是变压器原边等效电阻，τ是原边等效电流衰减时间常数，Vfp是反并联二极管导通压降。