,1带饱和电感的移相全桥零电压开关PWM变换器
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
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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
一种新型零电压零电流开关移相全桥变换器
全 桥 变 换 器 拓 扑 是 目前 Ｄ ／ 变 换 器 中最 常 ＣＤＣ
滞 后桥 臂轻 负 载时 的零 电压开 通 和重负 载 时的零 电流开 通 ． 电感 和 电解 电容 Ｃ 、 ２ 。 Ｃ 是辅 助 电路 的主要 组成 部 分 ．
用 的电路 拓扑 之一 ， 是 应用 最广 泛 的全桥 移 相 也 变换器 ． Ｊ目前采用的有限双极性控制方式的Ｚ Ｚ Ｓ Ｖ Ｃ
２ 稳 态分析
图２ 为新 型 Ｚ Ｚ Ｓ 相 全桥 变换 器 的工作 波 Ｖ Ｃ 移 形 ．为 了分析 稳定 状态 时 变换 器 的工作 过程 ，假 设 ： 所 有 开关管 ， ① 二极 管均 为无 损 耗理 想器 件 ； ② 所 有 电感 、电 容 和 变 压 器 均 为 无 损 耗 理 想 元 件 ；③ Ｃ ＝Ｇ： ：Ｇ， ＝Ｃ ， ８＝ ＝Ｃ ；④ ２ ＝ ｓ Ｃ ａ 个变 压器 的转换 比、 磁 电感和 漏感 相 同 ， ： 励 即
摘
要 ： 了解 决传 统 零 电压 零 电流 开 关 （Ｖ Ｃ ） ＷＭ Ｄ ／ 为 Ｚ Ｚ ＳＰ ＣＤＣ变换 器 滞后 桥 臂 零 压 范 围较 小 、 流 损 耗 环
大 的 问题 ， 用 串联 双 变压 器 、 后 桥 臂 带辅 助 网络 和 倍 压 整 流 电路 ， 出 了一 种新 型零 电压 零 电 流移 相 全 桥 采 滞 提 变换 器． 先 分析 了变换 器在 稳 态下 的各 种 工 作 状 态 ， 出 了相 关计 算 公 式 ， 制作 了一 台 实验 样 机 进 行 原 理 首 给 并 验证． 实验 结 果 表 明 ： 变换 器 能 够在 较 宽 的 负载 范 围 内 实现 滞后 桥 臂 的 零 电压 开通 ， 载 下 实现 零 电流 开通 ， 该 重
从 而极 大地 降 低 高频 电路 初 级 开 关 损 耗 和 次 级 电磁 干 扰 ．
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
一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器
2010年3月电工技术学报Vol.25 No. 3 第25卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2010一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器张欣陈武阮新波（南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室南京 210016）摘要提出了一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关(Zero-Voltage-Switching, ZVS) PWM 变换器，它在传统全桥变换器的基础上加入了由电感和开关管构成的辅助网络，从而可以在宽电压输入和全负载范围内实现一次侧开关管的ZVS。
和传统的ZVS技术相比，该变换器实现滞后桥臂ZVS的辅助能量是受负载电流控制的：辅助电感的电流值随着负载电流值的变化而变化，使得变换器在全负载范围内不但实现了滞后桥臂ZVS，还明显减小了辅助网络的导通损耗，优化了电路效率。
本文阐述了电路的工作原理，详细地讨论了辅助网络的参数设计，并通过一台1kW/54V，100kHz的样机进行了实验验证。
关键词：全桥变换器 软开关 零电压开关 辅助电感中图分类号：TM46A Novel ZVS PWM Phase-Shifted Full-Bridge ConverterWith Controlled Auxiliary CircuitZhang Xin Chen Wu Ruan Xinbo(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing210016China) Abstract A novel PWM phase-shifted full-bridge converter with controlled auxiliary circuit is proposed featuring zero-voltage-switching (ZVS) of active switches over a wide range of input voltage and output load. In contrast to conventional techniques, the current through the auxiliary inductor of the proposed converter is controlled by the load current. Therefore, the ZVS operation over the wide conversion range is achieved without significantly increasing full-load conduction loss. The principle of the operation is described and the consideration in the design of auxiliary circuit are discussed.Performance of the proposed converter is verified with experiment results on 1kW, 100 kHz full-bridge converter.Keywords：Full-bridge converter, soft-switching, zero-voltage-switching, auxiliary inductor1引言目前很多行业标准（如“能源之星”标准）都从节能的角度对变换器效率提出了严格的要求，希望变换器在整个负载范围内，尤其是在轻载时仍可以高效工作[1]。
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
PWM变换器的技术知识
PWM变换器的技术知识移相全桥零电压开关(ZVS)PWM变换器已广泛应用于大功率开关电源中，它保持了准谐振电路开关损耗小、工作于固定开关频率的优点，且与普通硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感。
在换流时利用谐振实现开关器件的ZVS，消除了开关损耗，提高了电路效率，使电路能工作在更高的频率[3]。
移相全桥ZVS PWM变换器只能在有限的负载范围内实现所有开关器件的ZVS。
要在大的负载范围内实现所有开关器件的ZVS，可在变压器原边串联一个大电感，或增加变压器漏感，或外接一个电感。
电感的增加对变换器性能有相当大的影响，会引起占空比的丢失。
同时，输出整流管存在反向恢复过程，在输出整流管上产生电压尖峰和电压振荡[4]。
在变压器副边加无源RCD缓冲器或在原边加两个箝位二极管和一个谐振电感可解决副边整流管上存在的电压振荡，但都无法解决占空比丢失的问题。
国内外学者提出了一些电路拓扑，利用储存在辅助电路电感中的能量来实现原边所有开关管的ZVS，不仅减少了占空比丢失和抑制了输出整流管上的电压尖峰和电压振荡，且能在更宽的负载范围内实现所有开关管的ZVS。
文献10提出了一种新的移相全桥变换器拓扑结构(如图1)。
该拓扑结构解决了硬开关全桥电路输出整流管上存在电压尖峰和电压振荡的问题，减少了占空比丢失，能在全负载范围内实现所有开关器件的ZVS，并能根据负载情况自动调节由辅助电路供给的能量。
但存在如下缺点：在续流期间，电路中环流非常大，损耗严重，降低了变换器效率。
最大程度减轻了存在的环流问题。
2改进后的拓扑结构介绍2.1与原电路拓扑结构的比较改进后的拓扑结构如图2所示。
与原电路拓扑结构的不同之处：在变压器TRA与变压器Tk的连线上加了一个双向开关Q1和相应的驱动电路。
控制电路根据检测到的负载电流的大小做出相应的决策：(1)当负载电流大于滞后桥臂实现ZVS所要求的值时，不会控制双向开关Q 导通。
D和Df，不会在续流期间导通，避免不必要的能量损耗。
开关电源19、移相控制零电压开关PWM变换器
KUo + Vr
电压 调整 器
Uo Vi+ 电流 调整 器
VE
驱动
全桥变换 器
负 载
BIo1
B 电流 调整 器
Io1
全桥变换 器
+ -
VE
驱动
BIo2
B
Io2
5、通信接口 多台设备之间的通信由DSP内置的CAN模块经CAN收发器完成，CAN总 线是一种有效支持分布式控制的现场总线，它传输数据可靠，并且有 很好的误差检测机构。多台设备经过CAN总线连接，构成了一个小型 的局部网络。每台设备还留有232和485串行接口，以便将来能够与工 业控制机(上位机)相连接，实现遥控、遥测和遥显的功能。
a
1
b c
L2 C1
C3 C2 C4 C5
Q1
Q3
Q2
Q4
Cb Tr Lr L0 C0 负 载
3、控制电路硬件结构 DSP核心控制器采用美国德州仪器公司（Texas Instruments）开发的 DSP芯片TMS320LF2407，其运算速度快（40MIPS 即4千万次指令/每 秒），能够对多路电压、电流输入信号进行实时处理。主要特点为： l 控制功能强大、集成度高，能够使控制系统设计结构紧凑，有利于提 高系统的可靠性； l 运算速度快，事件管理能力强，内含16通道的数模转换电路，可以实 时处理16路输入信号，实现复杂控制功能； l 具有丰富的通信接口（SCI 标准232串口、SPI高速串行接口、CAN总 线），可以与上位机进行通信，实现在线参数修改、参数实时显示、 运行状态指示以及运行状态记录等功能； l 具有64位加密位，可以对芯片进行加密，防止非授权用户对芯片进行 非法操作，增加了安全性。
备 注