移相全桥各模态分析

移相控制DC/DC 变换器开关状态分析
移相全桥变换器在一个工作周期间一共有12个开关模态，进行如下假设： (1)四个开关管和两个二极管都是理想器件； (2)电路中的电感、电容和变压器都是理想器件； (3)==，；
(4)f L ,n 是变压器原副边匝比。

下面我们详细分析一下变换器的工作模态，假设每个时间段的起始时刻均为t=0。

各开关状态的工作情况叙述如下:
（1）、开关模态0[0t ]：
在0t 时刻对应图2.6（a ）。

1Q 和4Q 同时导通，功率传送阶段，输入功率经
变压器向负载传送，此时/p o i I n =。

副边二极管1D 流过全部负载电流o I ，
ab U E =。

(2)、开关模态1[01~t t ]：
在01~t t 时刻对应图2.6（b ）。

在时刻关断1Q ，原边电流p i ，从1Q 中转移到C1和C3中的支路中，给C1充电，给C3放电。

因为有C1和C3，所以1Q 是零电压关断。

在这段时间里r L 和f L 是串联的，而且f L 很大，原边电流近似不变。

电容C1上的电压上升，电容C3上的下降。

（a ） （b ）
（c ） （d ）
1C 2C lead C 24log C C C ==2
r L n ≥0t
DC
Rl
D2
Rl
DC
Rl
DC
（e ）
（f ）
（g ）
图2.6移相全桥变换器各模态图
p i 和C1、C3的电压表达式分别为:
01()()p p i t I t I ==
（2.1）
（2.2）
（2.3）
在时刻，C3的电压下降到零，3Q 的反并联二极管3VD 自然导通，开关模1已结束。

开关模态1结束的时间为：
01101
2lead in C V t t t I =-=
（2.4）
（3）、开关模态2[21t ~t ]：
在21t ~t 时刻，对应于图2.6（c ）。

3VD 导通后使3Q 开通，3Q 为ZVS 开通。

虽然3Q 开通了，但没有电流通过3Q ，原边电流通过3VD 。

由图可见，为实现3Q 的ZVS 开通，1Q 与3Q 间死区时间()d lead t 应大于01t ，即
()01d lead t t >
(2.5)
Rl
DC
Rl
DC
Rl
DC
1
10()2C lead
I v t t C =
-1t
在21t ~t 期间，p i =K i f
L /，ab V =0，rect V =0，t=2t 时，p i =2I 。

（4）、开关模态3[23~t t ]：
在23~t t 时刻，对应于图 2.6（d ）。

如图在时刻，关断4Q ，原边电流p i 流
过C2和C4中，一方面C2被放电，同时又给C4充电。

因为C2和C4的缓冲作
用，4Q 的端电压是从零开始缓慢上升，因此4Q 实现了零电压关断。

此刻ab V =-in V ，ab V 的由零变负，变压器副边电动势下正上负，D2导通，变压器副边绕组中开始有电流。

由于D1和D2同时导通，将变压器副边绕组短接，因此变压器的副边绕组电压为零，原边电压也为零，直接加到谐振电感上，因此在这一段时间里是和C2、C4在谐振工作。

原边电流p i 、电容C2、C4上的电压为:
22()sin ()c i c r r U t V I Z t t ω=-- （2.6） 42()sin ()c c r r U t I Z t t ω=-
（2.7） 2cos ()p c r i I t t ω=-
（2.8） 42()()sin ()ab c c r r U t U t I Z t t ω=-=--
（2.9）
其中1/2
1
()r r lag lag L C C ω=
⎡⎤+⎣⎦
， 1/2
r
r lag lag L Z C C ⎡⎤=⎢⎥+⎢⎥⎣⎦
在3t 时刻，C4的电压为in V ，2VD 自然导通，此开关模态结束。

该模态持续时间
1232
1
sin i r p V t w Z I -=
（2.10）
(5)、开关模式4[34~t t ]：
在34~t t 时刻，对应于图2.6（e ）。

在3t 时刻，2VD 自然导通，将2Q 的电压籍
在零位，此时就开通2Q ，2Q 是零电压开通。

又2Q 和4Q 的死区时间为()23d lag t t >:
1()2
1
sin i d lag r p V t w Z I ->
（2.11）
虽然此时2Q 已开通，但是2Q 上没有电流流过;p i 由2VD 流通。

由于D1和D2两个整流管同时导通，所以变压器副边电压为零，原边电压也为零，这样电源电压i V 在f L 的两端，原边电流p i 线性下降。

即：
33()()i
p p r
V i t I t t L =-
- （2.12）
2t Lr Lr
到4t 时刻，原边电流为零， 2VD 和3VD 自然关断，2Q 和3Q 中有电流流过，开关模态4结束。

所用的时间为:
343()/r t i t L Ip V =∙ （2.13）
（6）、开关模式5[45~t t ]：
在45~t t 时刻，对应于图2.6（f ）。

在4t 时刻，原边电流由正方变零，并且向
负方向增加，流过2Q 和3Q 。

但是原边电流还比较小不能满足负载要求，负载电流仍由D1和D2提供回路，因此变压器原边电压仍然为零，加在的电压是i V ，原边电流反向线性增加。

4()()i
r
V i t t t L =-
- （2.14）
到5t 时刻，原边电流达到折算到原边的负载电流5()/Lf I t n -值，开关模式5结束。

此时整流管D1关断，D1流过全部负载电流。

所用时间为:
545()/r f i
L L t n
t V ∙=
（2.15）
（7）、开关模态6[56~t t ]：
在56~t t 时刻，对应于图2.6（g ）。

在这期间里，负载是由电源供电。

原边
电流为:
52
()i o
p r f
V nV i t t L n L -=-
-+ （2.16）
因为2r f L n L <<，所以上式可化为:
5/n ()i o
p f
V V i t t nL -=-
- （2.17）
在6t 时刻，3Q 关断，变换器开始另半个周期的工作，其工作情况类似于上述的半个周期。

Lr。