移相全桥谐振逆变器拓扑结构的研究
一种新型移相全桥变换器的研究
过对电流进行截断，再通过续流支路进行续流，实现滞后桥臂开关管的软开关。通过对新型移相电路拓扑各
个工况进行分析，得到各桥臂上开关管实现软开关的条件，并对关键元件参数进行设计。最后在 PSPice 上搭
建模型进行仿真分析，结果表明，新型拓扑可以实现两个桥臂的软开关控制和转换效率的提升。
switching was proposed. When the lagging bridge arm is commutated，the topology cuts off the current and then
freewheels through the freewheeling branch circuit to realize the soft switching of the lagging bridge arm switching
但会在关断瞬间出现电压尖峰，致使器件电压应
力增加。文献[7]中提出增加续流支路，在增加大
变换器体积的同时，也增加了电路的复杂度，并
关键词：移相全桥变换器；高转换效率；软开关
中图分类号：TM464
文献标识码：A
DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd21392
Research on a Novel Phase-shifted Full-bridge Converter
JIE Guisheng，JI Shengxian，GAO Shan，WANG Hengli，WANG Ruitian
滞后桥臂的软开关，并且该电路存在占空比丢失
基金项目：国家自然科学基金（51490681）
作者简介：揭贵生（1976—），男，研究员，博士生导师，Email：zhenyujie@
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。
全桥LLC谐振电源的与研究理论部分
全桥LLC谐振电源的与研究理论部分毕业设计（论文）题目：全桥LLC谐振电源的设计与研究理论部分专业年级2009级电气工程及其自动化学号姓名指导教师尹斌评阅人王仲夏2013年6月中国马鞍山本科毕业设计（论文）任务书Ⅰ、毕业设计（论文）题目：全桥LLC谐振电源的设计与调试-理论部分Ⅱ、毕业设计（论文）工作内容（从专业知识的综合运用、论文框架的设计、文献资料的收集和应用、观点创新等方面详细说明）：随着软开关技术和并联均流的发展，高性能的大功率高频开关电源的研究与开发已成为电力电子领域的重要研究方向，高频化,高效率，高功率密度和低损耗，低EMI噪声是DC/DC变换器的发展趋势，全桥LLC谐振变换器能够实现全负载范围下原边开关管ZVS，副边整流管ZCS,有效解决了移相全桥PWM ZVS DC/DC变换器存在的问题，使得LLC谐振拓扑结构成为电力电子技术领域研究的热点。
本课题以全桥LLC谐振变换器为研究内容，并与移相全桥PWM ZVS DC/DC变换器进行比较，总结二者优缺点，接着对变换器工作原理进行详细研究，建立数学模型，运用MATLAB仿真证明理论分析的正确性。
最后，搭建220V-40A 全桥LLC谐振变换器实验平台，验证理论分析的正确性和设计方法的合理性。
具体工作的步骤、内容、要求安排如下：1.绪论，介绍研究的背景。
2.以全桥LLC谐振变换器为研究内容，并与移相全桥PWM ZVS DC/DC变换器进行比较总结二者优缺点。
3.对变换器工作原理进行详细研究，建立数学模型，运用MATLAB仿真证明理论分析的正确性。
4.总结论文。
Ⅲ、进度安排：第1周～第2周（2周）：根据毕业设计任务和要求，收集、查阅和研究学习相关的信息和资料：确定相应的技术方案和实施过程及规划；第3周～第5周（3周）：撰写论文初稿，查阅相关资料进行修改；第6周～第9周（4周）：设计电路图，调试硬件；第10周～第12周（3周）：完成MATLAB软件设计；第13周～第14周（2周）：充实论文，后期检查整改。
LLC串联谐振全桥DCDC变换器的研究 移相全桥和LLC区别
II
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。
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学位论文作者签名： 日期： 年 月 日
指导教师签名： 日期： 年 月 日
1 绪论
1.1 电力电子技术的概况
电力电子技术是电工技术的分支之一， 应用电力电子器件和以计算机为代表的控 制技术对电能特别是大的电功率进行处理和变换是电力电子技术的主要内容[1][2]。 在现代工业、交通、国防、生活等领域中，除变比固定的交流变压器以外，大量 需要其他各种类型的电力变换装置和变换系统，将一种频率、电压、波形的电能变换 为另一种频率、电压、波形的电能，使用电设备处于各自理想的最佳工作情况，或满 足用电负载的特殊工作情况要求，以获得最大的技术经济效益。经过变换处理后再供 用户使用的电能占全国总发电量的百分比值的高低， 已成为衡量一个国家技术进步的 主要标志之一。2000年末，美国发电站生产的40%以上的电能都是经变换或处理后再 提供负载使用，预计到21世纪二、三十年代，美国发电站生产的全部电能都将经变换 或处理后再供负载使用。 当今世界环境保护问题日益严重，广泛采用电力电子技术后，可以节省大量的电 力，这就可以节约大量资源和一次能源，从而改善人类的生活环境。此外，如果在电 力系统的适当位置设置电力变换器或电力补偿器，能显著改善电力系统的运行特性。
移相全桥拓扑中的谐振电感电流与变压器电流关系
移相全桥拓扑中的谐振电感电流与变压器电
流关系
《移相全桥拓扑中的谐振电感电流与变压器电流关系》
移相全桥拓扑是一种常用于变换器和逆变器中的拓扑结构，它具有高效率和稳定性的特点。
在这种拓扑中，谐振电感电流与变压器电流之间存在着密切的关系。
首先，我们需要了解什么是移相全桥拓扑。
在这种拓扑中，通过使用四个功率开关和一个变压器，可以实现对输入电压的变换。
工作原理是通过控制开关的导通和关断，在电感和电容之间形成谐振电路，从而实现对输入电压的变换。
谐振电感电流是在电感和电容之间形成谐振时的电感电流，它会随着电感和电容的参数而变化。
而变压器电流则是在变压器中的电流，用于将输入电压变换成输出电压。
这两者之间存在着密切的关系。
在移相全桥拓扑中，变压器的工作原理是通过改变输入电压的绕组比例来实现输出电压的变换。
而谐振电感电流则是由谐振电路中的电感和电容共同决定的。
当谐振电感电流发生变化时，会影响到变压器中的电流变化，从而改变输出电压的大小和波形。
因此，我们可以看到，在移相全桥拓扑中，谐振电感电流与变压器电流之间存在着密切的关系。
它们相互影响，共同作用于变换器的工作过程中。
对于工程设计人员来说，理解和控制谐振电感电流与变压器电流之间的关系是非常重要的，可以帮助他们更好地设计和优化移相全桥拓扑的工作性能。
LLC串联谐振全桥DCDC变换器的研究 移相全桥和LLC区别
II
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果
直流－直流变换器
软开关
串联谐振
小信号模型
I
Abstract
In DC/DC converter applications, high frequency, high power density and high efficiency is the development trend. Traditional hard-switched converters restrict the development of DC/DC converter.Phase-shift Full Bridge PWM ZVS DC/DC converter has been widely used owing to its ZVS condition of main switches. But it still has some disadvantages, for example: lagging-arm switches is hard to achieve ZVS in light load conditions; rectifier diode have unavoidable recovery problems and they not only cause great secondary loss, but also increase the voltage stress of the rectifier diodes; converter can achieve high efficiency in low input DC voltage conditions but low efficiency in high input DC voltage conditions, this kind of efficiency characteristic restricts its applications on high input DC voltage occasions and high-quality converters which have hold-up time requirements.Fortunately, as one focus in DC/DC converters research fields nowadays, LLC series resonant Full Bridge DC/DC converter can solve these problems successfully. But owing to its complexity caused by multi-resonant process, it’s hard to analyze, design and control. So LLC series resonant Full Bridge DC/DC converter has biggish research value. In this paper, LLC series resonant Full Bridge DC/DC converter is analyzed in detail. Based on the fundermental element simplification method, the mathematics model of the converter is obtained, the conditions to achieve ZVS are given. Steady working region of LLC series resonant Full Bridge DC/DC is confirmed, the relations between input and output voltage depending on switching frequency and load conditions are given. Simulation results prove the correctness of the theory. In order to design controller, small-signal model of the converter must be given. In this paper, the small-signal model of LLC series resonant Full Bridge DC/DC converters is deduced using Extended Desicribing Function Method. Also, stability of the converter is analysed and controller is designed to meet the requirments of dynamic process. Simulation results prove the correctness of theory. Based on theory analysis, a 500w prototype circuit is designed, and the design steps is given. The experimental results prove the efficiency of the converter. Keywords: DC/DC converter Soft-switching Series-resonant Small-signal model
谐振变换器的拓扑形式
由于谐振变换器是将能量输入到谐振回路里，然后部分或全部输出至负载，所以我们可以通过两种 方式来实现，如图 9A 所示：如果负载是像图 9A 所示串联在谐振回路单元里的，我们称其为串联谐振 变换器，工作模式类似于一个高阻电流源输出。
并联负载的工作模式刚好相反，如图 9B 所示，类似于一个低阻电压源输出。两种模式都很常用， 串联负载型通常用在高压输出的情况，并联负载型通常用在低压输出的情况。
图 15 开关技术比较
图 15 开关技术比较
半循环以及全循环工作
准谐振电路里，能量传输的起止点取决于负载的需要，全循环或半循环在于每个周期内电流是 只从源流向负载，还是将剩余能量返回到输入，图 16 所示的波形反映了由串联或并联在开关管上
的二极管控制的谐振电路， 两种形式都能够有效的实现 功率转换，但是特性却有着 明显区别。
的能量返回源，开关频率与负载无关。
谐振变换器的工作
定义了多种谐振拓扑的分类后，我们来详细讨论其中的一个电路，如图 17 所示：电路是单端 BUCK，并联负载模式，半循环，零电流开关的准谐振变换器。随后我们将分析它与其他拓扑形式 的区别。
像所有的开关调整器一样，一个谐振变换器需要一个输出滤波器去平滑输出纹波，这个输出滤 波器的截至频率必须低于 1/5 的最小开关频率，所以，我们假设开关频率下滤波电感上的电流恒定， 滤波电容上的电压恒定。图 17 的右图所示波形将工作过程分为四个阶段，每个过程的对应动态波 形见图 17 左图。
的一种，哪一种形式才 是最好的，这决定于输出 负载的寄生电感和开关器 件的电容对电路的影响， 哪一个比较大，零电压开 关主要适用于工作频率很 高、开关器件的节电容迅 速充放电从而引起很大损 耗的环境。两种电路的特 性对比见图 15。工作在正 弦波的零电压开关形式， 将带来较大的峰值电压。 尽管它会在轻载时失控， 但短路时却不受影响。
UCC28950移相全桥设计的指南
UCC2895移相全桥设计指南一，拓扑结构及工作原理(i)主电路拓扑本设计采用ZVZCS PWM移相全桥变换器，采用增加辅助电路的方法复位变压器原边电流，实现了超前桥臂的零电压开关电流开关(ZCS)。
电路拓扑如图3.6所示图1模式1主电路简化图及等效电路图②模式2当S|、S4导通时，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端钳位电容Cc充电。
当关断S时，电源对C i 充电，C2通过变压器初级绕组放电。
由于C1的存在，S|为零电压关断，此时变压器漏感L k和输出滤波电感L o串联，共同提供能量，由于Cc的存在使得变压器副边电压下降速度比原边慢，导致电位差并产生感应电动势作用于L k，加速了C2的放电，为S2的零电压开通提供条件。
当Cc放电完全后，整流二极管全部导通续流，在续流期间原边电流已复位，此时关段S4，开通S3，由于漏感L k两边电流不能突变，所以S4为零电流关断，S3为零电流开通。
(2)主电路工作过程分析[7]半个周期内将全桥变换器的工作状态分为①模式18种模式。
(ZVS)和滞后桥臂的零5图4模式4主电路简化图及等效电路图图5模式5主电路简化图及等效电路图③模式3 ④模式4 14DD图2模式2简化电路图 (1)U 图3模式3简化电路图u⑤模式5Jilin⑥模式6图6模式6主电路简化图及等效电路图⑧模式8图8模式8主电路简化电路图二，关键冋题1：滞后臂较难实现 ZVS原因：滞后臂谐振的时候，次级绕组短路被钳位，所以副边电感无法反射到原边参加谐振，导致谐振的能量只能由谐振电感提供，如果能量不够, 就会出现无法将滞后臂管子并联的谐振电容电压谐振到0V.解决方法：① 、增大励磁电流。
但会增大器件与变压器损耗。
② 、增大谐振电感。
但会造成副边占空比丢失更严重。
③ 、增加辅助谐振网络。
但会增加成本与体积。
⑦模式7 图7模式7主电路简化电路图2,畐V边占空比的丢失原因：移相全桥的原边电流存在着一个剧烈的换流过程，此时原边电流不足以提供副边的负载电流，因此副边电感就会导通另一个二极管续流，即副边处于近似短路状态；Dloss与谐振电感量大小以及负载RL大小成正比，与输入电压大小成反比。
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移相全桥谐振逆变器拓扑结构的研究
作者：李丽黄剑雄王瑶
来源：《科技创新导报》 2013年第16期
李丽黄剑雄王瑶
佳木斯大学信息电子技术学院黑龙江佳木斯 154007
摘要：随着生产发展和技术进步，作为能量转换环节的开关电源变换器在各种电子产品中获得广泛应用。
而逆变器是重要的组成部分，本文通过对移相全桥谐振逆变器拓扑结构的研究大大降低了变换器的开关损耗，提高了变换器的效率和功率密度。
关键词：移相全桥相位调制拓扑结构
中图分类号：TN702 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)06(a)-0000-00
全桥谐振电路的介绍
全桥移相式ZVS-PWM控制技术是在移相控制技术的基础上，利用开关管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥PWM变换器中的四个开关管依次在零电压条件下开通，实现恒频软开关。
相位调制技术拓扑
相位调制PWM拓扑技术适用于中、高功率开关变换器。
PWPT与全桥PWM拓扑相同的唯一区别在于二者开关过程不同。
采用PMPT拓扑的功率电路的分析和设计与传统PWM拓扑相同，但PMPT在高频大功率变压器的设计方面特殊一些，PMPT技术的核心在于保证每个桥臂上MOSFET 的漏-源能够在起进入下一个导通周期之前将至“0V”，以实现零电压开通。
图1-1为典型的H型桥的结构。
图中并接在功率MOSFET上的电容和二极管是功率MOSFET 的寄生元件，其中寄生电容的大小一般在100~500pF之间体二极管的反向恢复时间一般在
100ns以内。
PMPT中功率MOSFET的结构与图中H型桥的结构完全相同。
为了实现PMPT，必须分别对四个功率MOSFET进行驱动。
在普通的PWM拓扑中，首先按照所需的占空比多对角桥臂上的两个开关管进行驱动，然后在所有开关管都关断之后，再对另一个对角桥臂上的开关管进行驱动。
PMPT功率级的一个完整工作周期如下：
（1）可以在V3和V4导通时，功率通过变压器传输给负载。
磁化电流的作用非常重要，因此在轻载时，负载反射电流很小，如果没有磁化电流的作用，将无法实现ZVS。
（2）V4关断。
在V4导通期间，V2的寄生电容被充电至+V。
当V4关断时，变压器电感中
的电流开始对V4的寄生电容进行充电，同时对V1的寄生电容进行放电。
这一过程将一直持续
到V1的体二极管导通将V1的漏-源电压钳位于—0.7V。
流过变压器的电流将维持在H型桥的上半桥路中流动。
（3）当V1的漏-源电压接近“0V”时，V1开通，V1、V4寄生电容上的电压升至所需电压
的时间，与栅级驱动波形的延迟时间是一致的。
延迟时间的大小由外接延迟电阻Rdelay决定。
在延迟过程中，电流在V3和V1之间循环流动。
（4）V3关断，变压器中的电流开始对V3的寄生电容进行充电，同时对V2的寄生电容进
行放电。
该过程也需要一定的延迟时间，以使V2的漏极电压将为“0V”，同时，该延迟时间与栅极驱动波形的延迟时间也是一致的。
当V2的漏-源电压达到“0V”时，V2开通。
由于此时V2两端的电压为零，因此没有开通损耗。
（5）V2的寄生电容完全放电后，V2将开通。
功率通过V1、V2传输给负载，其维持时间的大小由控制电路决定。
（6）在对角桥臂上的一对管子完成功率传输之后，V1关断。
V4的漏-源电压开始下降，当将至“0V”时，就进入下一个工作阶段。
（7）V4导通，初级电流在下半桥路中循环流动。
（8）V2关断，电流开始对V2的寄生电容进行充电，同时对V3的寄生电容进放电。
当V3
的漏-源电压将至“0V”时，V3实现无损耗开通。
至此，完成了一个完整的工作周期，然后将
从状态1开始往复进行。
结论
高频、高效率始终是DC/DC变换器不断追求的目标。
DC/DC变换器的开关损耗和开关频率
的提高一直是一对矛盾的问题。
传统的DC/DC变换器采用双极性控制的硬开关技术，无法提高DC/DC变换器的开关频率，从而无法减小变换器的体积和重量。
本文针对全桥拓扑的特点，采
用了移相全桥ZVS软开关技术，成功实现了变换器的ZVS开关，大大降低了变换器的开关损耗，提高了变换器的效率和功率密度。
参考文献：
1、王兆安电力电子技术机械工业出版社 2002：1～16；
2、阮新波李斌零电压零电流开关PWM复合式全桥三电平变换器中国电机工程学报
2003(04)；
3、王永强新型相移谐振PWM控制器UC3875及应用电源技术应用，2005（06）；
4、关宇东张群 PWM相位调制集成片ML4818及其应用电力电子技术 1995(2）；
5、谢勇方宇高功率因数全桥移相开关电源的研制电源世界2001（1）
6、倪海东，高频开关电源集成控制器. 机械工业出版社 2005：12～45；。