一种新型电流型移相全桥软开关变换器.
电流型移相全桥DC／DC变换器研究
Ｋｅ ｗｏ ￣ ：Ｚ Ｓ Ｐ Ｂ； ｔｒｕ ｉｃ ｉ ｙ ｒ Ｃ ； ＳＦ ｓ ｔｐ ｃｒ ｕ ｔ ａ
中图分类 号 ：Ｍ４ ４ Ｔ ６
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ：２ ９ ２ １（０ ７０— ０ １０ ０ １— ７ ３２０ ）３ ００ — ４
０ 引言
移 相 全 桥 零 电流 开 关 Ｄ ／ Ｃ变 换 器 是 一 种 ＣＤ
本 文 所分 析 的 电路 ，通 过输 入 电感 储 能 向输 出端供 电 ， 似 与 Ｂｏｔ 类 ｏｓ 电路 ， 由于在启 动过 程 中 ， 输 出电压从 ０开始 逐渐 增 大 ，在启 动 的一段 时 间
：
燃 料 Ｉ池 Ｕ
电流型移相全桥 Ｄ ／Ｃ变换器研究 ＣＤ
裘圣琳 ， 朱选 才 ， 徐德鸿
（ 江 大学 电 气工程 学院 ， 杭 州 浙 江 浙
摘
一
３０ ２ ） １０７
要 ： 点分析 了 Ｚ Ｓ电流 型移 相全桥 Ｄ ／ Ｃ变换 器的 启动 工作过程 ， 过在 升压 电感 上 附加 重 Ｃ ＣＤ 通 个耦合 线 圈 ， 改进 了变换 器的启 动特 性 ； 并给 出了实验结 果。
发 电 系统 ，完成燃 料 电池 输 出 和并 网逆 变器输 入 之 间升 压功 能 。系统 结 构框 图如 图 ｌ 所示 ｌ 其所 ３ ＇ ， 采 用 的 Ｄ ／Ｃ升压装 置 原理如 图 ２所示 。 ＣＤ
收 稿 日期 ：０ ６ ０ — ８ ２０ ～ ４ ２
图 ２ 移 相 全桥 Ｄ ／Ｃ升 压 变换 器 ＣＤ
２ 电路 控 制 原 理
图 ５ 输入 电感 加 耦 合 线 圈的 主 电路
图 ３所示 为主 电路 ＩＢ Ｇ Ｔ驱 动 的时序 ， 电路工
移相全桥ZVS软开关变换器的设计与应用
２１ ０ １年 １月 ２ ５日第 ２ ８卷第 １期
Ｔｅｅ ｏ Ｐｏ ｒＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｌｃ ｍ ｗｅ ｃ ｎ ｌｇ Ｊ ｒ ５ ０ ，Ｖｏ．２ ． ａＬ２ ，２ １ １ １ ８Ｎｏ １
文章编 号 ：０ ９３ ６ （ ０ ） １０ １—３ １０ —６ ４ ２ １ ０ — ０ ０ １ １
１ 移 相 全 桥 Ｚ Ｓ软 开 关 变 换 器 工 作 原 理 Ｖ
图 １为移 相全 桥 Ｚ ＶＳ软开 关变 换器 原 理 图 ， 中 其 Ｕｉ 为输 入 电压 ， 为 输 出 电压 ， 、 、 、 为 功 率 Ｑ１Ｑ２ Ｑ４
ＭＯＳ开关 管 ， ＶＱｇ、 ３ ＶＣ ４ 别 为 四 个 功 ＶＱｇ、 ２ ＶＱｇ、 ｈ 分 率 开 关管 的驱 动信 号 ， １Ｄ 、 ３ Ｄ 为反 并联 二 极 管 ， Ｄ 、 Ｉ 、 ４ ） Ｃ 、２Ｃ 、 ４ 并 联 电 容 ， … Ｃ １Ｃ 、 ３Ｃ 为 Ｌ 为辅 助支 路 谐 振 电 感、 电容 ， 为高 频变 压 器 ， ５ Ｉ 为 副 边整 流 二极 管 ， Ｔ Ｉ 、） ） ６ Ｌ 、 别 为输 出滤 波 电感 、 波 电容 ， － 负 载 。 Ｌ ｆＣ分 滤 Ｒ 为 ｋ 由两部 分组 成 ， 一是 原边 串联 谐振 电感 ， 二是 变 压器漏
选 择 做 了详 细介 绍 ， 后 给 出 了仿 真 结 果 和 仿 真 波 形 ， 明 了设 计 的合 理 性 和 有 效 性 。 最 证
关 键 词 ： Ｃ Ｉ 变换 器 ； 开 关 ； Ｖ ； ３ ７ Ｄ ／Ｘ； 软 Ｚ Ｓ ＵＣ ８ ５
中图 分 类 号 ： Ｎ １ Ｔ ７２
文献标识码 ： Ａ
电子 设备 的成 本 、 积 以及 效率 。众 所周 知 ， 体 提高 电源 的频 率 ， 以有 效地 减小 器 件 的体 积 和重 量 ， 小滤 波 可 减 器 的参数 ， 从而 使 变 压 器小 型化 。但 在 器件 高 频 化 的 同时 ， 会增 加开 关损 耗 、 增大 电磁 干扰 。软 开关 技术 是
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
软开关全桥移相控制PWM变换器32页PPT
软开关全桥移相控制PWM变换器
6
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露
凝
无
游
氛
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天
高
风
景
澈
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
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吁
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身
后
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于
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若
浮
烟
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
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倚
南
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以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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
一种新型电流型移相全桥软开关变换器的设计
一种新型电流型移相全桥软开关变换器的设计
0 引言
开关电源的发展趋势是高频、高功率密度、高效率、模块化以及低的电磁干扰(EMI)等，但传统的硬开关变换器不仅存在严重的电磁干扰(EMI)，而且功率管的开关损耗限制了开关频率的提高，软开关应运而生。
目前实现软开关主要有两种方法：一为零电压(ZVS)开关，另一种为零电流(ZCS)开关。
全桥DC／DC 变换器广泛应用于中大功率的场合。
根据其输入端为电容或者是电感，全桥变换器可分为电流型和电压型两种。
过去的数十年问，电压型全桥变换器的软开关技术得到深入研究。
而电流型却没有得到足够的重视。
事实上，电流型变换器具有很多的优点。
最显著的优点之一是在多路输出的应用场合中，它相当于将滤波电感放置于变压器的原边，因而整个电路仅需要这一个电感。
本文提出了一个采用移相控制的新型电流型全桥变换器，引入辅助电路来帮助两个上管实现零电压工作，利用变换器的寄生参数(变压器的漏感)来实现两个下管零电流工作。
分析了它的工作原理以及实现软开关的条件，并最终在Pspice 仿真中验证了理论的正确性。
1 工作原理
图l 所示为本人所提出的电流型移相控制PWM DC／DC 全桥变换器。
Lin 为输入电感，Llk 为变压器的漏感，CS1、CS2 是和两个上管VT1、VT2 并联的电容，VTa1、VTa2 是辅助开关，Lrl、Lr2 是谐振电感。
全桥移相软开关(好)
全桥移相软开关变换器结构分析作者：周志敏 上传时间：2004-12-9 8:45:13摘要摘要：： 文中分析了全桥移相控制ZVS 和ZVZCS 变换器存在的不足，针对全桥ZVZCS 软开关方案存在的问题，介绍了PS －FB －ZVZCS-PWM 电路。
Abstract ： In this paper analyze PS －FB －ZVS-PWM and PS －FB －ZVZCS-PWM convertor exist issue ，be dead against issue ，introduce no-symmetry PS －FB －ZVZCS-PWM circuit 。
1 引言在DC/DC 变换器中，则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，尤其是在中、大功率的应用场合。
移相控制方式是全桥变换器特有的一种控制方式，它是指保持每个开关管的导通时间不变，同一桥臂两只管子相位相差1800。
对全桥变换器来说，只有对角线上两只开关管同时导通时变换器才输出功率，所以可通过调节对角线上的两只开关管导通重合角的宽度来实现稳压控制。
如果我们定义此导通重合角的脉宽为输出脉宽的话，实际上就成为ＰＷＭ控制方式。
因此，人们也称此类变换器为移相全桥PWM （PS －FB －PWM ）变换器。
通常定义首先开通的两只开关管为超前桥臂，后开通的两只开关管为滞后桥臂。
2 移相调宽零压变换器1.移相调宽变换器的基本工作原理移相调宽桥式变换器的主电路如图1所示。
图中S1、S2、S3、S4表示器件内部的开关管，VDs1、VDs2、VDs3、VDs4表示器件内部的反并联二极管，Cs1、Cs2、Cs3、Cs 4表示器件的输出电容与外接电容的总和，CP 表示变压器T 的各种杂散电容之和。
Lr 是为改善换流条件而接入的，称为换流电感。
与传统的PWM 桥式电路相比，除增加了Lr 及V D1、VD2之外，电路拓扑并无太大差别。
移相控制全桥零压零流软开关功率变换器谐振过程分析和参数设计方法
号 的约定 如表 １ 所示 。
图 ２ 分 析 一 次侧 谐 振 用 模 型
行 了深入的理论分析 ， 研究饱和电感 总磁通量和 隔直电容 ｃ 大 小 对 该 电 路 软 开 关 工作 状 态 的影 响， 并通过计算机仿真对理论分析结果进行了验证。 在此基础上 ， 给出了饱和电感和隔直电容的参数设 计和 选择 方法 。
Ｉ Ｉ
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ‘ ＼
Ｄ ５ ＿ ＿
Ｖ Ｄ
厶 。
１
ＢＬ
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ＼
ＢＬ
ａ一 ０
ｂ Ｏ一 １
ＢＴ２
Ｂ
ｃ １ —２
ｄ ２ —３
ＢＴ２
ＢＴ２
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ｌ ‘ ＼
一
Ｌ
一
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一 ｌ Ｉ
０
…
Ｔ
…
一
Ｉ ———＿ ‘ － —
“
Ｂ Ｂ
Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ ３ １ 】
ｅ ３ —４
ｆ４ —５
图 ３ 一 般 状 态 下 电 路 的 工 作 过 程
一
一
次侧驱动
次电流
中频变压器 中频变压器变 比 变压器漏感 Ｔ ｘ ｎ
ｌ ／
Ｃ
ＶＤ２
ｋ Ｖ Ｄ ＝ ＝
Ｌ Ｃｂ
， 、 Ｊ Ｉ Ｔ． ， …
一
．
Ｌ ：
“
Ｃ Ｖ Ｄ ｓ ， Ｖ Ｄ ６
隔直电容 隔直 电容上的电压 ， 正方向如 图 ２ 所示 快恢复整流二极管
１ 分 析 假 设
首先 ， 在图 １ 所 示 的功 率 变换 电路 中 ， 超 前 臂 功率器件 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 。 、 Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的并联 电容 Ｃ 、 Ｃ 和变压器一
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。
一种带辅助桥臂的移相全桥软开关变换器分析
比丢失严 重 ， 流损 耗加大 了在较 小 的谐振 电感 环 为
换器 结构 。它 在传 统移 相全 桥软 开 关变换 器 的基础 上 增 加 了 由一个 电感 厶 和 两个 开 关管 Ｖ Ｖ 构 Ｓ。 Ｓ ，
成 的辅 助 电路 。
：
ｌ ｐ
Ｌ 为变压器漏感 ； ｓ， Ｓ 为滞后桥臂开关管 Ｖ ，Ｖ
ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ａ ａ ｌｌａ ｓ ｔｎ ｒ ｇ — ｇ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｈ ｐ ｒ ｔ ｎ ｌｐ ｎ ｉｌ ， ｏ ｒ ｗ ｓａ ｅ ａ ｄ ｃ ｎ ｒｌ ｍｅｈ ｄ ｏ ｏ ｖ ｒ ｒ ｗｉ ｐ ｒ ｌ ｓ ｉ ａ ｔｂ ｄ ｅ ｌ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄＴ ｅ ｏ ｅ ａｉ ａ ｒ ｃｐ ｅ ｐ ｗｅ ａ ｔ ｇ ｎ ｏ ｔｏ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｅ ｏ ｉ
ｌｇ ｉｇ ｓ ｔｈ ｓ ｏ ｈ ｉ ｕ ｔａ ｅ ａ ａｙ ｅ ． ｈ ａ ｃ ｌｔ ｎ ｆｍｍｌ ｆｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｓ ｉｔｎ ｒ ｇ － ｇ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔｄ ａ ｇｎ ｗｉ ｅ ｆｔ ｅ ｃ ｒ ｉ ｒ ｎ ｌｚ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｌ ｕａ ｉ ｏ ｃ ｃ ｏ ａ ｏ ｈ ａ ａ ｔ ｒ ｆａ ｓｓａ ｔｂ ｄ ｅ ｌ ｓ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｉ ｅ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｅ ｕｔ ｐ ｎ ａ ｌ Ｗ ｎ ６ ７ｋ ｒ ｔｔｐ ｎ ｉａ ｅｔ ａ ｈ ｎ ｌ ｓｓｉ ｃ ｒｅ ｔ ｈ ｘ ｅｉ ｍｅ ｔｌ ｓ ｌ ｕ ｏ ｒ ｓ ｋ ａ ｄ １ ． Ｈｚｐ ｏｏｙ ｅ ｉｄ ｃ ｔ ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｉ ｓ ｏ ｒ ｃ ． ｈ ｔ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｏ ｖ ｒ ｒ ｏ ｏ ｏ ｙ；ｐ ａ ｅ ｓ ｉ ｅ ｌ ｂ ｉ ｇ ；ｓ ｆ ｓ ｔｈ ｎ ｙ ｒ ｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ；ｔｐ ｌ ｇ ｅ ｈ ｓ —ｈ ｆ ｄ ｆ ｌ ｒ ｅ ｏ ・ｗｉ ｉ ｇ ｔ ｕ — ｄ ｔ ｃ
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一种新型电流型移相全桥软开关变换器
0 引言
开关电源的发展趋势是高频、高功率密度、高效率、模块化以及低的电磁干扰(EMI)等，但传统的硬开关变换器不仅存在严重的电磁干扰(EMI)，而且功率管的开关损耗限制了开关频率的提高，软开关应运而生。
目前实现软开关主要有两种方法：一为零电压(ZVS)开关，另一种为零电流(ZCS)开关。
全桥DC／DC变换器广泛应用于中大功率的场合。
根据其输入端为电容或者是电感，全桥变换器可分为电流型和电压型两种。
过去的数十年问，电压型全桥变换器的软开关技术得到深入研究。
而电流型却没有得到足够的重视。
事实上，电流型变换器具有很多的优点。
最显著的优点之一是在多路输出的应用场合中，它相当于将滤波电感放置于变压器的原边，因而整个电路仅需要这一个电感。
本文提出了一个采用移相控制的新型电流型全桥变换器，引入辅助电路来帮助两个上管实现零电压工作，利用变换器的寄生参数(变压器的漏感)来实现两个下管零电流工作。
分析了它的工作原理以及实现软开关的条件，并最终在Pspice仿真中验证了理论的正确性。
l 工作原理
图l所示为本人所提出的电流型移相控制PWM DC／DC全桥变换器。
Lin 为输入电感，Llk为变压器的漏感，CS1、CS2是和两个上管VT1、VT2并联的电容，VTa1、VTa2是辅助开关，Lrl、Lr2是谐振电感。
该变换器一个周期内共有十个开关模态，为了便于分析，我们作如下假设：
a．所有电感、电容、开关管和变压器均为理想器件。
b．输入电感Lin足够大，在一个开关周期中，输入电流Iin基本上可视为不变。
c．输出电容Co足够大，在一个开关周期中，输出电压Uo基本上可视为不变；
d．输入电感Lin远大于谐振电感Llk.
e. 特征阻抗谐振角频率为变压器的变化。
各主要变量波形如图2所示，各开关模态的等效电路如图3所示。