软开关全桥变换器工作过程的详细分析[1]
ZVZCS移相全桥软开关工作原理
ZVZCS移相全桥软开关工作原理整个系统由控制电路、功率电路和传感器等组成。
控制电路负责监测输入和输出电压，根据设定的电压值及输入电流来调整开关的工作状态。
功率电路则负责将输入的交流电源通过变换装置转换为需要的输出电压。
在正常工作状态下，当控制电路接收到输入电压的反馈信号，它会产生一个控制信号，用于控制开关器件的状态。
这些开关器件通常采用汽车电源模块（IGBTS）或金属氧化物半导体场效应管（MOSFETS）等。
在移相全桥逆变器中，开关器件通常以两种状态工作：导通和截止。
在导通状态下，开关器件允许交流电流通过，从而使逆变器的输出与输入电源同相。
在截止状态下，开关器件将输出与输入电源分离，并阻断电流流动。
在移相全桥软开关的工作过程中，通过调整控制信号的相位和幅值，使得逆变器的输出电压能够达到所需的目标。
在每个周期的不同时间点，开关器件都会在导通和截止状态之间进行切换，从而实现输入电压的调节和变换。
1.相位调整：通过改变控制信号的相位来控制开关器件的工作状态。
当输入和输出电压相位相同时，开关器件处于导通状态；当输入和输出电压相位相反时，开关器件处于截止状态。
通过相位调整，可以实现输入电压的调节和变换。
2.软开关控制：在开关器件的导通和截止状态转换过程中，通过合理设计控制信号的波形和幅值，使得开关器件在导通和截止状态之间平滑切换，从而减少开关过程中的损耗和干扰。
3.双向开关：移相全桥逆变器中的开关器件是双向的，既可以流通正向电流，也可以流通反向电流。
这种双向开关的特性使得逆变器可以实现输入电压的变换，同时也可以回馈电压到电源端。
总体而言，ZVZCS移相全桥软开关通过控制开关器件的导通和截止状态，以及调整开关器件的相位和幅值，实现输入电压的调节和变换。
它具有高效率、快速响应、可靠性高等优点，可广泛应用于交流电源的电压调节和变换等领域。
脉宽调制DCDC全桥变换器的软开关技术
在这一章节，本书总结了全桥变换器软开关技术的实验研究结果，并提出了未来研究的方向和建 议。本书强调了软开关技术在全桥变换器中的重要性和应用前景。
在DCDC全桥变换器中，利用脉宽调制技术实现软开关的过程如下：通过反馈电路检测输出电压或 电流，并将其与给定值进行比较；然后，通过控制器计算出占空比，并生成相应的脉宽调制信号； 将脉宽调制信号输入到驱动器中，控制开关的导通和关断时间，从而实现软开关。
为了验证所提出的方法的有效性和优越性，我们进行了一系列实验。实验结果表明，利用脉宽调 制技术实现的DCDC全桥变换器的软开关可以显著降低开关的硬切换带来的功耗和噪声，同时提高 变换器的响应速度和调节精度。该方法还可以实现更高的效率
阅读感受
在电力电子技术快速发展的今天，DCDC变换器作为其重要组成部分，广泛应用于各种领域。而脉 宽调制DCDC全桥变换器及其软开关技术，更是电力电子技术的核心与热点。《脉宽调制DCDC全 桥变换器的软开关技术》这本书，深入浅出地介绍了脉宽调制DCDC全桥变换器的基本原理、设计 方法及应用实例，对于电力电子领域的学习者与实践者，都具有很高的参考价值。
在阅读这本书的过程中，我深感其理论与实例的结合紧密，让我对脉宽调制DCDC全桥变换器的软 开关技术有了更深入的理解。同时，也让我重新审视了电力电子技术在当代社会中的重要地位。 作为一名电子工程专业的学生，我深感自己在这个领域还有许多需要学习和探索的地方。这本书 无疑为我提供了宝贵的学习资源和研究方向。
第六章 软开关技术(移相全桥ZVS软开关电路分析)
td (lead ) 2CleadVin / I1
在这段时间里，原边电流等于折算到 原边的滤波电 ) / K
4.开关模态3 在 t2 时刻，关断 Q4，原边电流 i p 转 移到 C2和 C4中，一方面抽走 C2上的 电荷，另一方面又给 C4充电。 由于C2 和C4 的存在，Q4的电压是从零 慢慢上升的，因此 Q4是零电压关 断。这段时间里谐振电感 Lr 和C2 及 C4在谐振工作。原边电流 i p 和 C4 的电压分别为： 电容C2 ，
2.开关模态1 在 t 0 时刻关断Q 1，原边电流 i p 从 Q 1中转移到到 C3和 C1 支路中，给
C1充电，同时 C3被放电。 电容 C1 的电压从零开始线性上升
电容 C3 的电压从 Vin开始线性下降 Q 1是零电压关断。
i p (t ) I p (t0 ) I1
vC1 (t )
到 t4 时刻，原边电流从 I p (t3 )下降到 零，二极管 D2和 D3自然关断。 持续时间为： t L I (t ) / V
34 r P 3
Vin i p (t ) I p (t3 ) (t t3 ) Lr
in
6. 开关模态5 在 t 4 时刻，原边电流流经 Q2和 Q3。 由于原边电流仍不足以提供负载 电流，负载电流仍由两个整流管 提供回路，因此原边绕组电压仍 然为零，加在谐振电感两端电压 是电源电压Vin ，原边电流反向线 性增加。
到 t5 时刻，原边电流达到折算到原 I Lf (t5 ) / K 值，该开 边的负载电流 关模态结束。 持续时间为： L I (t ) / K
Vin i p (t ) (t t4 ) Lr
t45
软开关全桥变换器工作过程的详细分析
软开关全桥变换器工作过程的详细分析随着科技的进步和发展，我们的生活也变得越来越便利，电子设备也成为了我们不可或缺的一部分。
电子设备的核心部分是电路，而软开关全桥变换器则是电子设备中常用的电路之一。
软开关全桥变换器是一种高效、高性能的开关电源电路，可广泛应用于转换能源、交流变直流等领域。
软开关全桥变换器的主要工作原理是通过对输入电压的高频调制来控制输出电压的大小和方向。
在软开关全桥变换器中，有三个重要的部分：全桥电路、控制电路和保护电路。
全桥电路是软开关全桥变换器中的重要部分。
它由四个开关管（M1、M2、M3和M4）和四个二极管（D1、D2、D3和D4）组成。
当输入电压为正时，开关管M2和M4打开，M1和M3关闭，此时电路中的电流从左上方的输入电源流向右下方的输出负载。
当输入电压为负时，则刚好相反。
控制电路是软开关全桥变换器的核心部分，它可以控制开关管的开关状态，让输入电压经过高频调制，将其变成合适的输出电压。
控制电路一般由微控制器（MCU）和增量式编码器组成。
保护电路是为了在软开关全桥变换器发生故障时，能够及时地切断电路，避免因电路故障导致电路损坏。
保护电路包括过压保护、欠压保护、过流保护和过温保护等。
软开关全桥变换器工作的基本模式是负载调制。
通过控制电路，让开关管M1和M4关闭，M2和M3关闭，此时负载电压开始出现，输出脉冲的幅值也开始随着输入信号的变化而变化。
软开关全桥变换器具有许多优点，如高效率、低损耗、长寿命等，因此在很多领域得到了广泛的应用。
但与此同时，软开关全桥变换器也存在一些缺点，例如易受电磁干扰、电容和电感较大等问题。
在工程实际应用中，软开关全桥变换器也需要根据实际情况进行优化和改进。
为了提高软开关全桥变换器的效率和稳定性，支持快速调节和更高的工作频率，研究人员不断尝试新的电路结构和系统设计，以期达到更高的性能和更好的应用效果。
总之，软开关全桥变换器是电源电路的一种重要形式，对电子设备的运作具有极其重要的影响。
PWMDCDC全桥变换器的软开关技术
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
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全桥变换器的 工作原理
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
u t t
u i 0 P 0
u
i t t
u i 0 P 0
i
a）软开关的开通过程
b）软开关的关断过程
图6－2 软开关的开关过程
DC/DC全桥变换器
DC/DC全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波 电路构成:
DC/DC全桥变换器--全桥逆变器及其控制
Q1~Q4，D1~D4 Tr K=N1/N2
控制方式: 双极性 有限双极性 移相控制方式
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
PWM DC/DC全桥变换器软开关的实现原则
PWM DC/DC全桥变换器的两类软开关方式
小结
ZVS PWM DC/DC全桥变换器
• 前面讨论了滞后桥臂的零电压关断,即电容的存在可以实现零电 压关断,现在关心的是开关管开通的情况. • 下面先讨断切换方式
Q1,Q4关断,原边电流给C 1和C4充电,同时C2和C3 放电,限制Q1,Q4的电压 上升率,实现软关断。 当C1和C4电压上升到Vin 时,C2和C3电压下降到零 .此时D2,D3导通,为Q2， Q3提供零电压开通的条 件。 但是此时如果开通Q2和Q 3，在AB两点 出现的就 是占空比为1的交流方波 电压
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
单相全桥串联谐振软开关的工作原理
1.概述软开关技术、谐振型开关变换技术使得大功率、高频化电源的实现成为可能，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化采用软开关技术，其实质就是在主开关上增加电感和电容等储能元件构成谐振电路。
当变换器主开关进行换流时产生谐振，迫使主开关上的电压或电流变为零，从而为主开关提供一个零电压或零电流的开关环境。
最理想的软开通过程：电压先下降到零后，开通主管，电流上升到通态值，开通损耗近似为零。
另外，因器件开通前电压已下降到零，器件结电容上的电压亦为零，故解决了容性开通问题。
这意味着二极管已经截止，其反向恢复过程结束，因此二极管反向恢复问题亦不复存在。
最理想的软关断过程：电流先下降为零开通主管电压上升到断态值，所以关断损耗近似为零。
由于器件关断前电流已下降到零，即线路电感中电流为零，所以感性关断问题得以解决。
它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题，而且还能解决由硬开关引起的EMI等问题。
本课题研究的电源功率为32kW，工作频率为5kHz~20kHz，为了减小高频时开关器件的损耗，采用串联谐振软开关技术，使得开关器件能够实现零电流关断，其主电路原理图如图1所示：图1 全桥串联谐振式电路原理图2.原理分析为了减小开关损耗，在电路工作中，使得开关频率小于或等于谐振频率的一半，使电流工作在断续状态。
结合上面的分析，我们对图1电源主回路等效原理图的工作模态进行计算分析。
图2 等效电路模型图3 电流断续工作方式的主要波形设电感L1电流为i，电容C1电压为U1，电源一个谐振周期内各个模态图如图4所示，电源工作波形如图3所示。
电路工作特点是：开关频率fs必须低于谐振频率fr的一半，保持主回路串联谐振条件恒定不变，使整个电路工作于不连续导电模式。
对于主电路中的逆变电路，采用脉冲频率调制（PFM）改变开关频率，驱动脉冲满足：在正常的导通情况下，加在逆变开关上的驱动信号应该是互补的，即当第一组（VD1与VD4）开管导通时，第二组开关（VD2与VD3）截止；第二组开通时，第一组截止。
有限双极性全桥软开关工作原理
有限双极性全桥软开关工作原理一，有限双极性全桥软开关主电路拓扑结构说明：图一 有限双极性全桥软开关主电路拓扑结构图一中，由两个桥臂构成一个全桥逆变电路，Q1和Q3组成超前桥臂；Q2和Q4组成滞后桥臂，其中C1﹑C3为超前桥臂并联电容和寄生并联电容，C2﹑C4为滞后桥臂寄生并联电容，我们设定C1=C3≥C2=C4，其中D1﹑D2﹑D3﹑D4分别为四只开关管IGBT（或MOSFET）Q1、Q2、Q3、Q4的并联（或寄生）二极管，T1﹑C B 和Ls 分别为主变压器﹑隔直电容和可饱和电感（又称磁性开关），Lx 主变漏感和分布电感等的等效电感，L0为输出电感，D5和D6为二次侧整流二极管。
为达到有限双极性的全桥软开关的目的，四只开关管的开关时序如图二：图二：开关管时序超前臂开关管Q1﹑Q3 PWM 控制开通关断；滞后臂开关管Q2﹑Q4固定脉冲宽度相位差180o 开通关断，Q1和Q4同时开通，Q1 PWM 控制关断，Q4固定脉冲宽度关断；Q3和Q2同时开通，Q3 PWM 控制关断，Q2固定脉冲宽度关断，Q1和Q4的驱动波形的相位相反；Q3和Q2的驱动波形的相位相反。
一、有限双极性全桥软开关PWM逆变电路工作原理分析为了分析方便，突出重点略去无关紧要的细节，假定：a，输出电感的电感量无穷大，流过该电感的电流是恒定的直流。
b，主变压器是理想变压器，其漏感等分布参数用专门的漏感Lk等效。
c，饱和电感Ls是理想的磁性开关，未饱和时电感非常大，饱和后电感几乎为零。
下面按时序逐一分析该电路的行为：1．t0时刻（见图三）： Q1和Q4已经导通多时，原边电流路径为：U+ → Q1 → Ls →Lk → C B → T1 → Q4 →U-。
原边电流Ip为副边输出电感的电流Io的1/n(n为变压器变比，n=Np/Ns)。
此时饱和电感是饱和的，对电路没任何影响，隔直电容已充上左正右负的直流电压。
这是原边向副边传送能量的过程，副边二极管D5导通，D6反偏截止。
软开关工作原理
软开关工作原理
软开关是一种电子开关设备，其工作原理是利用电容器和电感器来提高交流电的功率因数，从而达到节能和保护设备的目的。
其主要优点是可以在高频率下使用，而且不会受到电弧击穿的影响，使得设备寿命更长。
软开关的工作原理如下：在正半周的电流通过电容器和电感器时，电流的值会增大，同时电压的值会减小。
而在反半周的电流通过同样的电路时，则是电流减小而电压增加。
通过这种方式，软开关可以快速控制交流电的上升和下降沿，避免电压尖峰和电流谷底，从而实现节能和保护设备的目的。
除此之外，软开关还可以应用在灯光、空调等家用电器中，可以实现电器开关的平稳启动和停止。
此外，随着科技的不断发展，软开关也在智能家居领域得到了广泛应用，可以实现定时开关、远程控制等功能，为我们的生活带来了更多便利。
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
ｃ
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
移相全桥软开关工作原理解析
ZVZCS移相全桥软开关工作原理(1) 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(ZVS)和滞后桥臂的零电流开关(ZCS)。
电路拓扑如图3.6所示。
图3.6 全桥ZVZCS电路拓扑当1S、4S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1S时，电源对1C充电，2C通过变压器初级绕组放电。
由于1C的存在，1S为零电压关断，此时变压器漏感k L和输出滤波电感o L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k L，加速了2C的放电，为2S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4S，开通3S，由于漏感k L两边电流不能突变，所以4S为零电流关断，3S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8种模式。
①模式1S、4S导通，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端箝1位电容Cc充电。
输出滤波电感o L与漏感k L相比较大，视为恒流源，主电路简化图及等效电路图如图3.7所示。
图3.7 模式1主电路简化图及等效电路图由上图可以得到如下方程：p Cc os kdI V V V L n n dt=++ (3-3) p c o I nI nI += (3-4)Ccc cdV I C dt=- (3-5) 由(3-3)式得：2p Cckd I dV nL dt dt=- (3-6) 将(3-6)式代入(3-5)式得：22p c c kd I I nC L dt = (3-7)将(3-7)式代入(3-4)式得：222p p c ko d I I n C L nI dt+= (3-8)解微分方程：222p p oc kc kd I I I nC L dt n C L +=(3-9) 其初始条件为：(0)0Cc t V ==；(0)0c t I == （3-10）代入方程解得：()sin s o p o k V V nI t t nI L ωω-=+ (3-11) ()sin p s o c o k I V V nI t I t n nL ωω-=-=-(3-12)()()(1cos )Cc s o V t nV V t ω=-- (3-13)（其中ω=）② 模式2当cos 1t ω=-时，()Cc V t 达到最大值，此时sin 0t ω=，()0c I t =，()p o I t nI =；二极管c D 关断，输出侧电流流经1D 、o L 、o C 、L R 、4D 和次级绕组，简化电路如图3.8所示。
第5章软开关讲义变换器
第5章 软开关变换器
基本内容
1 概述 2 准谐振软开关变换器 3 PWM软开关变换器
5.1 概述
➢ 常规的DC/DC PWM功率变换技术进一步提高开关频率会 面临许多问题。
➢ 随着开关频率的提高，一方面开关管的开关损耗会成正比 的上升，使电路的效率大大的降低，从而使变换器处理功 率的能力大幅下降；另一方面，系统会对外产生严重的电 磁干扰（EMI）。
➢ 软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率， 功率密度和可靠性同时得到提高，并有效的减小电能变换 装置引起的电磁干扰和噪声等。
5.1.1 功率电路的开关过程
u i
0
ton
t
p
0
t
（a）开通过程
图5-1 开关管开通与关断过程的电压电 流及功率损耗曲线
➢ 在功率变换电路中，每只功率 管都要进行开通与关断控制。
➢ 所谓软开关，通常是指零电压开关 ZVS（Zero Voltage Switching）和零电流开关ZCS（Zero Current Switching） 或近似零电压开关与零电流开关。
5.1 概述
➢ 硬开关过程是通过突变的开关过程中断功率流而完成能量 的变换；
➢ 而软开关过程是通过电感L和电容C的谐振，使开关器件中 的电流（或其两端的电压）按正弦或准正弦规律变化，当 电流过零时，使器件关断，或者当电压下降到零时，使器 件导通。开关器件在零电压或零电流条件下完成导通与关 断的过程，将使器件的开关损耗在理论上为零。
➢ 开通过程： i I C t t on
➢ 关断过程：
i
IC
IC t off
t
移相全桥软开关工作原理解析
ZVZＣS移相全桥软开关工作原理(1) 主电路拓扑本设计采用ZVZCS PＷM移相全桥变换器,采用增加辅助电路得方法复位变压器原边电流,实现了超前桥臂得零电压开关(ＺVS)与滞后桥臂得零电流开关(ZCS）。
电路拓扑如图3、６所示。
图3、6 全桥ＺVＺCS电路拓扑当、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,输出端钳位电容充电。
当关断时,电源对充电,通过变压器初级绕组放电。
由于得存在,为零电压关断,此时变压器漏感与输出滤波电感串联,共同提供能量,由于得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,加速了得放电,为得零电压开通提供条件。
当放电完全后,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,开通，由于漏感两边电流不能突变,所以为零电流关断,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得工作状态分为8种模式。
①模式1、导通,电源对变压器初级绕组正向充电,将能量提供给负载,同时,输出端箝位电容充电。
输出滤波电感与漏感相比较大,视为恒流源，主电路简化图及等效电路图如图３、7所示。
图3、7模式1主电路简化图及等效电路图由上图可以得到如下方程:(3-3)(3-4)(３－5)由(3-3)式得:(3－６）将(3－６）式代入(3-5）式得:(3－7）将(3-7）式代入(3－4)式得:(3-8)解微分方程:（3-9)其初始条件为:; (3-10)代入方程解得:(3-11)(3-12)(3－1３)(其中)②模式2当时,达到最大值,此时,,;二极管关断，输出侧电流流经、、、、与次级绕组,简化电路如图3、8所示。
此时满足：，,。
图3、８模式2简化电路图③模式3S１关断,原边电流从S1转移至C1与C２,C1充电,C２放电,简化电路如图３、9所示。
由于C1得存在,S1就是零电压关断。
变压器原边漏感与输出滤波电感串联,共同提供能量,变压器原边电压与整流桥输出电压以相同得斜率线性下降,满足:。
分析软开关的原理
分析软开关的原理
软开关是一种基于计算机技术的开关设备，它通过软件控制开关状态的转换。
其工作原理主要包括以下几个方面：
1. 控制命令：软开关通过接收控制命令来改变自身的状态。
控制命令可以通过计算机网络、串口、并口等方式发送给软开关设备。
2. 软件逻辑：软开关设备内部嵌入了一种软件逻辑，用于根据控制命令判断开关状态是否需要改变。
软件逻辑可以包含条件判断、定时器、状态机等模块，用于实现各种复杂的开关控制策略。
3. 开关状态转换：根据软件逻辑的判断结果，软开关设备会控制相应的硬件电路或继电器进行开关状态的转换。
具体实现方式有两种：
- 电路切换：软开关可以通过电路切换器件（如继电器、三极管等）控制电流或信号的通断，从而实现开关状态的转换。
这种方式适用于较小的电流和信号。
- 数字信号切换：软开关可以通过电子器件（如数码开关、多工器件等）控制数字信号的路由切换，从而实现开关状态的转换。
这种方式适用于数字信号的切换和控制。
4. 反馈监测：软开关设备一般会具备反馈监测功能，用于实时监测开关状态的
变化并反馈给控制端。
这样可以确保控制端对开关状态有准确的掌握，并及时采取相应的控制策略。
总的来说，软开关通过软件的逻辑判断和控制命令的传递，控制硬件电路或数电器件的操作，从而实现对开关状态的改变。
软开关不同于传统的机械开关，它更加灵活、可编程，并且可以远程控制，适用于各种场景下对开关状态进行精确控制的需求。
第10章 软开关桥式变换器
2019/5/24
开关电源技术
考虑到MOS开关管寄生二极管、寄生电容后，等效电路如图10.3.2所示。
Q1
等效电路
D1 C1
Q1
UIN
Cd
A
D2 C2
Q2
集成变压器
Lr
Lm NP
+
NS
D3 Co
Uo
-
-
Q2
等效电路
图10.3.2 考虑元件寄生参数后的等效电路
2019/5/24
开关电源技术
关键节点电压波形以及初级回路电流 iP 、激磁电感 Lm 电流 iLm 波形如图 10.3.3 所示。
Lr
C4 D4 Q4
+
-
++ +
+
+T
D5
Lf
NS1
Uo
NP
+
Co
NS2
-
D6
-
(g) t5～t6期间
2019/5/24
开关电源技术
t6 到 t12 时刻电流及电压变化与 t0 到 t6 时刻状态相同，不再重复。驱动信号、回路电流、
桥臂中点 AB 电压波形如图 10.4.4 所示。
2019/5/24
开关电源技术
+
超前臂
滞后臂
D1 C1 Q1
C2 D2 Q2
同一桥臂中的两只开
UIN
A
关管驱动信号存在 180°的相位差，轮流
B
导通，并保证存在一定
D3 C3 Q3
Lr
-
C4 D4 Q4
的死区时间，以避免同 一桥臂上的两只开关管 同时导通；另一方面， 在全桥移相式变换器中
全桥变换器原理及设计
Q
Lf
Vin/K
Vo
Cf
Rload
图5.1
5.1 BUCK变换器建模
VD Vi
0
Ton
Ts
t
图5.2 Buck变换器
5.2全桥小信号模型
图5.3 全桥小信号模型 ❖ d是半个周期输出电压占空比 ❖ 其中Rds是考虑开关导通电阻和占空比损失时的等效阻抗
建立小信号模型的目的是用于控制电路的设计
5.3闭环控制模型
A Vin
T Cf
D2 Q2
B
D4 Q4
K:1 D6
D8 D
Vo Rload
VAB
Vin
Vsec
Vin/K
VCD
VO 0
Vin/K
DVin/K Ton
Vin Vin/K Vin/K
Ts/2
t
图1.1 DC/DC全桥变换器及其基本工作波形
❖ 功率开关管的电压和电流定额相同时，变换器的输出功率通常与所用功率开关管数成正比，即双 管隔离型直流变换器的输出功率为单管的两倍，为四管全桥变换器的一半。
开通
开通
工作过程(续)
Q1
Q2
Q1
Q4
Q3
Q4
ip
I0
I2
VAB
0
Vin
Vrect 0
Vin/K
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t12
Q1 D2 Q4 D3
软 开 软开
关 通 关通
断 Q2 断 Q3
ZVS
ZVS
开通
开通
Q2 D1 Q3 D1
Q1
软开 关 开
关过程所产生的电磁干扰易控制；控制系统易实现。 ❖ 移相控制方式：一个桥臂的两个开关管的驱动信号180度互补导通且中间有死区，两个桥臂的导
全桥软开关原理
全桥软开关原理说起全桥软开关原理，我有一些心得想分享。
咱们先从一个生活中的现象说起吧。
就好比我们家里控制灯的开关，普通开关就是直接硬生生地断开或者接通电路，电流一下子就被截断或者突然就通了，这就类似硬开关。
但是想象一下，如果这个开关能够更“温柔”一些，不是突然地开和关，那会怎么样呢？这其实就有点接近软开关的概念了。
全桥电路呢，就像是一个复杂的“电路协作团队”。
里面有四个开关，按照一定的方式排列在桥形结构里，就像十字路口四个方向的交通管制员一样相互配合。
全桥软开关工作的关键在于要让这些开关在一种相对理想的状态下导通和关断。
这要说到零电压开关（ZVS）或者零电流开关（ZCS）这样的概念了，这两个就是实现软开关的重要手段。
在实际的全桥电路中，往往会有电感、电容这些元件来帮忙。
比如电感就像是电流的“缓冲器”。
当开关要关断的时候，电感里储存的能量能够让电流慢慢变化，就不至于突然断流就像汽车在行驶中要刹车，如果有一个缓冲的过程是不是就不会那么剧烈颠簸？这就避免了开关过程中电压或者电流的突变带来的不良影响，就像避免车子急刹车产生的磨损或者零部件的突然冲击。
老实说，我一开始也不明白为什么要这么精心设计开关的状态呢？后来发现，这种软开关状态好处可多了。
在实际应用中，像是那些需要高效能电源转换的设备，比如说手机充电器、电脑电源适配器。
全桥软开关模式可以大大降低开关损耗，提高能量转换的效率。
而且在高频工作的时候，这个优势就更明显了，就像一个熟练的工人在高速作业的同时还能干得又快又好。
说到这里，你可能会问，这个原理听起来很不错，是不是很容易实现呢？其实不然。
这里面还涉及到很多精确的电路参数设计，如果电容或者电感的值不对，就像乐队里的乐器没调好音一样，整个软开关过程就不能完美地进行。
还有对开关晶体管的要求也很高，毕竟它们要在精确的时序下完成复杂的动作。
延伸思考一下，随着技术的发展，我们是否能进一步简化全桥软开关的设计，并且提高它的性价比呢？我们目前对全桥软开关原理的理解还在不断深入拓展，我也希望有更多的朋友能一起探讨这些有趣的电路现象。
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軟開關全橋變換器工作過程的詳細分析
ENG 王同新
軟開關移相控制全橋變換器主電路原理圖如下﹕
其一個開關周期全過程實際上存在著十二個不同的工作過程﹒除了正半周与負半周的兩個功率輸出過程和兩個鉗位續流過程（簡稱四個緩變階段）之外﹐還有四個諧振過程﹕超前臂器件從死區時間Δt1開始的諧振与換流過程﹐滯后臂器件從死區時間Δt2開始的諧振与換流過程﹔還有原邊電感儲能返回電网過程﹐主變壓器原邊電流上沖或下沖過零點結束急變過程﹐以及副邊整流管輸出電流的相應變化過程﹐副邊輸出電壓占空比丟失等﹒
工作原理波形圖如下﹕
展寬的約一個周期的主要波形和相位關系圖如下﹕
1﹒(t0~t1):原邊電流ip 正半周功率輸出過程
在t0之前﹐S1和S4已導通﹐并在t0~t1都維持S1和S4同時導通﹐而S2和S3截止﹒在此期間UA=Ec ﹐UB=0﹐U AB =Ec ﹐UAB 加在原邊繞組兩端﹐使原邊電流從I1線性緩升﹐電网的能量不斷轉化為磁能儲存于電感線圈和送到負載﹐表現為原邊電流和副邊電流的不斷增大﹒在t1時刻原邊電流升高到最大值Ip:
)()
()()(01211t t L n Lr nUo Ec I I t i of p p -⨯+-+== 式中﹐Lr 是原邊漏感与外加諧振電感之和﹔of L n 2是副
邊輸出濾波電感折算到原邊的電感量﹔n 為變壓器原副邊匝數比﹔of L >>Lr ﹒
2﹒(t1~t’1)﹕超前臂諧振過程(在死區時間Δt1內)
此時S1,S2,S3都截止﹐只有S4導通﹐原邊電流維持原方向繼續由左向右流動﹐C1快速充電﹐C3快速放電﹐它們
与等效電感(
of L n Lr 2 )發生串聯諧振﹐使UA 快速降低﹐ip 在t1時刻有一個明顯跌落﹐還引起高頻震蕩雜波﹒諧振結束時(在t2之前)﹐實際上諧振電壓已使Uc 3降到-0.7V ﹐此時D3導通﹐把S3兩端的電壓拑位在零電平﹐為Δt1結束后超前臂S3實現零電壓開通准備了必要條件﹒急劇減少到零的原邊電壓U AB 使副邊感應電壓也急劇減少至零﹐而副邊電流仍維持原方向緩慢衰減﹒整流二极管DR1導通電流開始減少﹒
3﹒(t’1~t3)﹕ip正半周拑位續流過程
此時﹐S3零電壓導通﹐UA=0﹐UB=0﹐U AB=0﹔ip緩降至I2﹐i DR1緩降至Ib﹒
4﹒(t3~t4)﹕S4關斷后滯后臂諧振過程
t3時刻S4由導通變為截止﹐原邊電流不會突然轉變方向﹐因此會給C4充電﹐同時C2中的電荷被抽走﹐變壓器原邊電壓极性變為上正下負﹐使副邊极性變為下負上正﹐DR2導通﹐副邊電流不會突然消失﹐DR1也還導通﹐DR1和DR2的同時導通使副邊電壓拑位到1.4V﹐對于副邊繞組近似被短
n2被切斷﹐使原邊參与与路﹐從副邊反射到原邊的電感量of L
C2,C4諧振的電感量只剩下Lr﹐而此時UAB=-Ec全部施加在小電感Lr上﹐故原邊電流ip以最大變化率從正峰值I2急速下沖降低﹐t5時刻減少到零﹐並繼續按此變化率負向下沖到-I1值﹒
5﹒(t4~t5)﹕正半周電感儲能返回電网
此時﹐C2,C4与Lr的串聯諧振結束﹐D2導通續流﹐把S2兩端電壓拑位到零電平﹐為S2的零電壓導通創造了條件﹒同時D2的導通續流使開始下沖的原邊電流又經D2返回到電源Ec﹐補償了電网在全橋電路上的功耗﹒滯后臂死區時間應在(t4~t5)結束﹐既S2應在此期間內導通﹒
6﹒(t5~t6)﹕原邊電流下沖過零點后開始負向增大
此時﹐S1和S4截止﹐S2和S3導通﹒t5時刻原邊電流下沖過零點后﹐D2和D3自然關斷﹐形成新的供電通路
Ec~S2~Lr~S3~Gnd﹐為下一步即將開始的負半周功率輸出階段創造了條件﹒這時﹐iDR1急劇減小﹐iDR2急劇增大﹐仍將副邊繞組兩端拑位在低電平﹒
7﹒(t6~t7)﹕原邊電流ip負半周功率輸出過程
此時S2和S3導通﹐S1和S4截止﹐電网能量全部轉移到輸出濾波電感和負載上﹒原副邊電流緩增至最大﹒
8﹒負半周超前臂諧振過程
t7時刻S3由導通變為截止﹐C3充電﹐C1放電﹐C1和C3与等效電感串聯諧振﹐使Uc3電壓升至Ec﹐D1導通拑位使S1兩端電壓為零﹐為S1的零電壓導通創造了條件﹒
9﹒(t’7~t9)﹕ip負半周拑位續流過程
在t8時刻﹐S1實現零電壓導通﹒t8后因全橋兩臂上管同時導通﹐維持兩臂中點電壓均等于Ec,故E AB=0﹒這時原邊電流和副邊電流都維持原方向緩慢衰減﹒
10﹒(t9~t10)﹕ip負半周滯后臂諧振過程
在t9時S2由導通變為截止﹐C2充電﹐C4放電﹐D4導通拑位﹐UB=0﹒副邊极性變為反向﹐DR1開始導通﹐DR2仍導通輸出較大電流﹒等效電路如下﹕
11﹒(t10~t11)﹕原邊電感儲能迅速返回電网﹐ip上沖過零
此時由于DR1和DR2的同時導通使副邊近似短路﹐從
而切斷了反射電感﹐原邊電感量劇減為Lr﹐Ec全部加在Lr 上﹐使ip從負峰值急減﹐反向上沖﹒
12﹒(t11~t12)﹕原邊電流上沖過零點后﹐仍急劇正向增大
t11時結束能量回送電网﹐上沖的原邊電流過零點﹐此時D4和D1自然關斷﹒t11后S1和S4都導通﹐原邊電流繼續上沖﹐副邊電流急降至零﹐為t12之后即將開始的正半周功率輸出過程准備了必要條件﹒
小結﹕零電壓開關又稱軟開關﹐包括軟開通和軟關斷﹒普通PWM變換器是改變驅動信號脈沖寬度來調節輸出電
壓﹐它在功率管開關期間存在很大損耗﹐故硬開關電源的尖刺干扰大﹐可靠性差﹐效率低﹒而移相控制全橋軟開關電源﹐
是通過改變全橋兩臂對角線上下管驅動電壓移相角的大小來調節輸出電壓﹐讓超前臂管柵壓領先于滯后臂管柵壓一個相位﹐並在IC控制端對同一橋臂的兩個反相驅動電壓設置不同的死區時間﹐巧妙利用變壓器漏感和功率管輸出端結電容和原副邊之間寄生電容來完成諧振過程﹐實現零電壓開通﹐就能錯開功率器件大電流与高電壓同時出現的硬開關狀態﹐抑制感性關斷電壓尖峰和容性開通時管溫過高﹐減少了開關損耗与干扰﹐簡化示意圖如下﹕。