ZVZCS移相全桥软开关工作原理
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
PS-ZVZCS-PWM软开关技术简介
PS-ZVZCS-PWM软开关技术简介 [ 2008-02-24 21:50:09]字体大小：1．引言将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM的控制方法，集谐振变换器与PWM控制的优点于一体，既能实现功率开关管的软开关，又能实现恒频控制，是当今电力子技术领域发展方向之一。
在直/直变换器中，则以全桥移相移控制软开关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。
目前全桥移相控制软开关PWM变换器的研究热点已由单纯地实现零电压软开关（ZVS）转向同时实现零压零流软开关（ZVZCS）。
全桥移相控制ZVS方案至少有四点缺陷：全桥电路内有自循环能量，影响变换效率。
副边存在占空度丢失，最大占空度利用不充分。
在副边整流管换流时，存在谐振电感与整流管的寄生电容的强烈振荡，导致整流管的电压应力较高，吸收电路的损耗较大，且有较大的开关噪音。
滞后臂实现零电压软开关的范围受负载和电源电压的影响。
另外，在功率器件发展领域，IGBT以其优越的性价比，在中大功率的应用场合已普遍实用化，适合将IGB T的开关方式软化的技术则是零电流开关（ZCS）。
因而，针对全桥移相控制ZVS方案存在的问题，各种全桥相移ZVZCS软开关的方案应运而生。
2．全桥ZVZCS软开关技术方案比较目前，正在研究或已产品化的全桥ZVZCS软开关技术主要有以下3种：变压器原边串联饱和电感和适当容量的隔直阻断电容。
变压器原边串联适当容量的隔直阻断电容，同时滞后臂的开关管串联二极管。
利用IGBT的反向雪崩击穿电压使原边电流复位的方法实现ZCS软开关。
除方案3为有限双极性控制方式以外，其它几种方案的控制方式全为相移PWM方式。
上述几种方案都能解决全桥相移ZVS的固有缺陷，如大幅度地降低电路内部的自循环能量，提高变换效率；减少副边的占空度丢失，提高最大占空度的利用率；软开关实现范围基本不受电源电压和负载变化的影响，实现全负载范围内的高变换效率。
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
移相全桥ZVZCSDCDC变换器综述.
移相全桥ZVZCSDC/DC变换器综述摘要：概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC变换器，简要介绍了各种电路拓扑的工作原理，并对比了优缺点，以供大家参考。
关键词：移相控制；零电压零电流开关；全桥变换器 1概述所谓ZVZCS，就是超前桥臂实现零电压导通和关断，滞后桥臂实现零电流导通和关断。
ZVZCS方案可以解决ZVS方案的故有缺陷，即可以大幅度降低电路内部的循环能量，提高变换效率，减小副边占空比丢失，提高最大占空比，而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响。
图1 滞后桥臂零电流开关是通过在原边电压过零期间使原边电流复位来实现的。
即当原边电流减小到零后，不允许其继续反方向增长。
原边电流复位目前主要有以下几种方法： 1）利用超前桥臂开关管的反向雪崩击穿，使储存在变压器漏感中的能量完全消耗在超前桥臂的IGBT中，为滞后桥臂提供零电流开关的条件；图2 2）在变压器原边使用隔直电容和饱和电感，在原边电压过零期间，将隔直电容上的电压作为反向阻断电压源，使原边电流复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件； 3）在变压器副边整流器输出端并联电容，在原边电压过零期间，将副边电容上的电压反射到原边作为反向阻断电压源，使原边电流迅速复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件。
图3 2 电路拓扑根据原边电流复位方式的不同，下面列举几种目前常见的移相全桥ZVZCSPWMDC/DC拓扑结构，以供大家参考。
图4 1）NhoE.C. 电路如图1所示[1]。
该电路是最基本的移相全桥ZVZCS变换器，它的驱动信号采用有限双极性控制，从而实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流开关。
这种拓扑结构的缺陷是L1k要折衷选择，L1k太小，在负载电流很小时，超前桥臂不能实现零电压开关；L1k太大，又限制了iL1k的变化速度，从而限制了变换器开关频率的提高。
变换器给负载供电方式是电流源形式，电感L1k电流交流变化，输入电流脉动很大，要求滤波电容很大。
移相全桥ZVZC软开关DC_DC稳压电源分析与设计_吕春锋
(e)
4
(f)
5
图 ３ 换流过程模态
VDR2 流过负载电流。 要实现滞后桥臂零电流，原边电流需在滞后桥臂开通前
减小到零。由开关模态 2 可知，原边电流线性减小：
V (t ) − V (t ) ?V
(1)
i (t) − I ?V (t ? t ) / L
?V (t ) ? V (t ) ? 2 C V / C ?
V ? I ?t / C ? 2 C V / C ? ?V
(5)
一般 Cr垲Cb，式(5)可以简化为：
程中近似不变，而变压器原边电流近似线性减小。
V − I ?t / 2 C
(6)
如图 3(d)所示，开关模态 3 换流过程如下：[t2-t3]期间，阻
通常所说的硬开关，在开通和关断时会产生较大的开关 损耗，开关频率越高，损耗越大。软开关电源是在开关器件通 断条件下，加在其电压上电压为零，即零电压开关(ZVS)，或者 通过开关器件的电流为零，即零电流开关(ZCS)。软开关技术 显著解决了元件开关时刻产生的损耗，可以更大幅度地提高 开关频率，这种软开关的方式为缩小电源体积和提高电源效 率创造了条件。移相全桥零电压零电流软开关(ZVZCS)DC-DC 变换器是在移相全桥 ZVS 的基础上发展而来的，其工作模式 基本上克服了 ZVS 和 ZCS 软开关模式的固有缺陷，使全桥变 换器的超前桥臂实现 ZVS，而滞后桥臂实现 ZCS，在中、大功 率开关电源中具有广泛的应用。其超前桥臂的零电压实现是 通过并联电容电压不能突变完成的，滞后桥臂的零电流是通 过串联隔直电容和漏感谐振，从而使电流能量转移到了电容 中，滞后桥臂串接的二极管阻止了关断后的反向电流，减弱了 环路损耗[1]。
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解
移相全桥为主电路的软开关电源设计详解2014-09-11 11:10 来源：电源网作者：铃铛移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。
如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源?请见下文详解。
主电路分析这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A。
采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS。
电路结构简图如图1，VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS，Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T 为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。
图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图其基本工作原理如下：当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。
通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4，而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4，在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。
由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2，则VT2即是零电压开通。
当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb 充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。
ZVS移相全桥变换器设计
ZVS移相全桥变换器设计ZVS（Zero Voltage Switching）移相全桥变换器是一种高效的电力转换装置，它能够实现能量的高效传输和转换。
在本文中，我们将详细介绍ZVS移相全桥变换器的设计原理、工作原理和关键技术。
1.设计原理（1）ZVS技术：ZVS技术能够将开关管的开关转换时刻与输入电流或输出电压为零的时刻相匹配，从而避免了开关管的开关损耗和开关管产生的电磁干扰。
（2）全桥变换器：全桥变换器采用四个开关管和两个二极管，能够实现输入电压的极性逆变和输出电流的正向流动。
2.工作原理（1）开关管S1和S2导通，开关管S3和S4关闭，输入电源向电感L1充电；（2）当开关管S1和S2关闭，开关管S3和S4导通时，电感L1释放能量供应给负载；（3）根据负载的需求，通过控制开关管S1、S2、S3和S4的导通和关闭，实现输入电压的极性逆变和输出电流的正向流动；（4）根据输入电压的大小、负载的需求和输出电流的波形来控制开关管的开关时刻，实现ZVS操作。
3.关键技术（1）开关管的选择和驱动：选择低导通电阻、低开关损耗的开关管，并使用高效的驱动电路，确保开关管能够在ZVS模式下正常工作。
（2）电感和电容的选择：选择合适的电感和电容数值，以及合适的磁芯材料，提高转换器的功率密度和效率。
（3）控制策略：根据负载的需求和输入电压的变化，采用合适的控制策略，如频率控制、幅度控制、相位控制等，实现最佳的动态响应和效率。
4.实际应用总结：ZVS移相全桥变换器是一种高效的电力转换装置，其设计原理基于ZVS技术和全桥变换器。
通过合适的开关管选择、驱动设计、电感和电容选择以及控制策略的优化，可以实现高效的能量传输和转换。
在实际应用中，ZVS移相全桥变换器能够带来高效、稳定和低干扰的性能优势。
移相全桥工作原理
移相全桥工作原理
移相全桥是一种常用于交流电源的电路，通过控制开关管的导通和截止来实现对输出电压进行调整和控制的作用。
其工作原理如下：
1. 输入电源
移相全桥的输入电源通常为交流电源，该交流电源经过整流电路转换成直流电源，并经过滤波电路进行滤波，得到稳定的直流电压。
2. 信号发生器
信号发生器用于产生一定频率和幅度的正弦波信号，作为移相全桥的控制信号。
信号发生器通常具有相位和幅度调节功能，可以通过调整相位和幅度来控制移相全桥的输出电压。
3. 控制电路
控制电路由控制芯片和反馈电路组成，控制芯片接收信号发生器产生的控制信号，并根据控制信号来控制开关管的导通和截止。
反馈电路用于监测输出电压，并将输出电压信息反馈给控制芯片，以实现对输出电压的精确调整和稳定控制。
4. 开关管
移相全桥由四个开关管组成，分别为Q1、Q2、Q3、Q4。
当控制芯片接收到信号发生器产生的控制信号时，根据信号的幅度和相位来控制开关管的开启和关闭，从而改变电路的拓扑结构。
不同的拓扑结构会对输出电压产生不同的相位和幅度调整效果。
5. 输出电压
移相全桥的输出电压由控制电路控制，根据不同的控制信号来调整输出电压的幅度和相位。
通过合理的控制，可以实现对输出电压的精确调整和稳定控制，以满足不同的应用需求。
需要注意的是，移相全桥的工作原理还包括电路拓扑结构、开关管的工作方式、控制信号的生成和调整等方面，这些内容对于深入理解移相全桥的工作原理也是非常重要的。
ZVS移相全桥
原边电流下冲过零后负向增大（t4-t5）（原边电流仍不足以
提供负载电流）
原边电流负半周功率输出过程（t5-t6）
移相控制全桥零电压开关PWM变换器的 主要波形
遇到的问题
不熟悉saber仿真软件
下一步工作
1继续学习saber软件。 2进一步学习全桥变换器的主要元件的选择
和参数设置。（输入滤波电容、高频变压 器、输出滤波电感、输出滤波电容） 3 进一步了解UC3875芯片的内部结构及外 围电路参数设置 4 驱动电路的选择和设置
移相全桥ZVS DC/DC变换器设计变换器的 主要波形
移相控制技术
这种控制方式是要求Q1和Q2轮流导通，各 导通180电角度，Q3和Q4也是这样，但Q1 和Q4不同时导通，若Q1先导通，Q4后导 通，两者导通差()电角，其中Q1和Q2分别 先于Q4和Q3导通，故称Q1和Q2组成的桥 臂为超前桥臂，Q3和Q4组成的桥臂为滞后 桥臂。
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器有十二种开关模 态，由于正负半周从原理上大体对称，我们仅说明正半周 的六个模态。
1）原边电流正半周功率输出过程（0-t0）
超前桥臂谐振模式（t0-t1)
原边电流钳位续流过程（t1-t2)
滞后桥臂谐振模式(t2-t3）
电感储能回馈电源模式（t3-t4）
什么是软开关技术？
在开关管开通前，使其电压下降到零，这就是零 电压开通。在开关管关断时，限制电压的上升速 率，从而减少电流和电压的重叠区，这就是所谓 的零电压关断。
PWM DC/DC全桥变换器的基本工作原理
T1~T4是四支主功率管，D1~D4是主功率 管的反并联二极管，TR是输出变压器，其 原副边绕组匝数比K=N1/N2，VD1和VD2 是输出整流二极管，Lf和Cf是输出滤波电感 和电容，RL是负载，输入电源电压为Vin， 输出直流电压为Vo。
软开关技术4-7
四、移相控制ZVZCS FB-PWM DC/DC 变换器
由于MOSFET通态 损耗较大，大功率场合 宜选用IGBT。为减小 IGBT关断时的电流拖尾 ，最好使其工作在零电 流开关状态。ZVZCS可 实现超前臂ZVS，滞后 臂ZCS开关。
结构上增加了阻断电 容Cb来复位原边电流， 滞后臂串联二极管，切 断ip反向通路。
即
E C i V in
2
1 C TR V in 2 （7-1） 2
超前臂实现ZVS较容易：
超前臂开关过程中，滤波电感与谐振电感串联， 电感值较大，储能很容易使电容完成充放电状态转 换，即满足式（7-1）。
滞后臂实现ZVS较困难： 滞后臂开关过程中，变压器副边短路，负载侧 与变压器原边没有关系，此时用来实现 ZVS 的能量 只是谐振电感中的能量：
Vrec
D c C 0
Q4
D4 *
D5
D8 D s Qs R 0
Q1 D1 C1 Vin Q3
Q4
D4 *
D5
D8 Qs Ds Dc Co Ro
t
* D2 T D7 D6
C s
Lc
Q2 D3 C 3
* D2 T D7 D6 Cs
Lc
*
L0
3
*
Lo
7
Vrec VLC VLC
t
Vrec Q1 D1 C1 Vin Q3 D3 C 3 Q2 D2
Vref
UC 3875
GND
20 19 18 17 16
E/A out E/A E/A + C/S + S-S
Ramp Slope Clock/Sync FREQ Set
+Vref
第十章 软开关技术2——移相控制ZVS_PWM_DC-DC全桥变换器.
❖ 3.滞后桥臂实现ZVS
滞后桥臂要实现ZVS比较困难。在滞后桥臂开关过程中，变压器副边是短
路的，此时用来实现ZVS的能量只是谐振电感中的能量，如果不能满足
下式，就无法实现ZVS。
1 2
Lr I22
ClagVin2
1 2
CTRVin2
（8.19）
10.3. 4 实现ZVS的策略及副边占空比的丢失
所谓副边占空比丢失，就是副边占空比DS 小于原边的占空比 DP 。
产生副边占空比丢失的原因是：存在原边电流从正向（或负向）变化到负
向（或正向）负载电流的时间，这部分时间与二分之一开关周期的比值
就是副边的占空比丢失 Dloss，即
Dloss
t25 TS / 2
而
t25
Lr
[I2
ILf Vin
(t5) /
要实现开关管的零电压开通，必须满足下式：
E
1 2
CiVin2
1 2
CiVin2
1 2
CRTVin2
CiVin2
1 2
CRTVin2
(i=lead， lag)
（8.18）
❖ 2.超前桥臂实现ZVS
超前桥臂容易实现ZVS。在超前桥臂开关过程中，输出滤波电感Lf 是与谐
振电感 Lr串联的，此时用来实现ZVS的能量是Lf 和 Lr中的能量。这个能
K]
那么有：Dloss
2Lr
[I2 ILf (t5 ) / Vin TS
K]
可知：① Lr越大，Dloss 越大；②负载越大，Dloss越大；③ Vin越低，Dloss 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
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。
9种移相全桥ZVZCSDCDC变换器
摘要:概述了9种移相全桥ZVZCSDC/DC变换器,简要介绍了各种电路拓扑的工作原理,并对比了优缺点,以供大家参考.关键词:移相控制;零电压零电流开关;全桥变换器1概述所谓ZVZCS,就是超前桥臂实现零电压导通和关断,滞后桥臂实现零电流导通和关断.ZVZCS方案可以解决ZVS方案的故有缺陷,即可以大幅度降低电路内部的循环能量,提高变换效率,减小副边占空比丢失,提高最大占空比,而且其最大软开关范围不受输入电压和负载的影响.滞后桥臂零电流开关是通过在原边电压过零期间使原边电流复位来实现的.即当原边电流减小到零后,不允许其继续反方向增长.原边电流复位目前主要有以下几种方法:1)利用超前桥臂开关管的反向雪崩击穿,使储存在变压器漏感中的能量完全消耗在超前桥臂的IGBT中,为滞后桥臂提供零电流开关的条件;2)在变压器原边使用隔直电容和饱和电感,在原边电压过零期间,将隔直电容上的电压作为反向阻断电压源,使原边电流复位,为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件;3)在变压器副边整流器输出端并联电容,在原边电压过零期间,将副边电容上的电压反射到原边作为反向阻断电压源,使原边电流迅速复位,为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件.2电路拓扑根据原边电流复位方式的不同,下面列举几种目前常见的移相全桥ZVZCSPWMDC/DC拓扑结构,以供大家参考.1)NhoE.C.电路如图1所示[1].该电路是最基本的移相全桥ZVZCS变换器,它的驱动信号采用有限双极性控制,从而实现超前桥臂的零电压和滞后桥臂的零电流开关.这种拓扑结构的缺陷是L1k要折衷选择,L1k太小,在负载电流很小时,超前桥臂不能实现零电压开关;L1k太大,又限制了iL1k的变化速度,从而限制了变换器开关频率的提高.变换器给负载供电方式是电流源形式,电感L1k电流交流变化,输入电流脉动很大,要求滤波电容很大.该电路可以工作在电流临界连续状态,但必须采用频率控制,不利于滤波器的优化设计.2)ChenK.电路如图2所示[2][3].该电路超前桥臂并联有串联的电感和电容.电感L1和L2很小,不影响开关管的ZVS,但有两个好处:一是限制振荡的电流峰值;二是在负载很小,开关管不能实现ZVS时,限制开关管的开通电流尖峰.该拓扑结构利用IGBT的反向击穿特性,解决了滞后桥臂IGBT关断时的电流拖尾问题,可以提高IGBT的开关频率,而且在负载很小时也能实现零电流开关.但是,这个电路也付出了代价,漏感L1k中的能量反向时漏感L1k中的能量全部消耗在反向击穿的IGBT中.3)原边加隔直电容和饱和电感的FB-ZVZCS-PWM变换器如图3[4]所示.它在基本的移相全桥变换器的基础上增加了一个饱和电感Ls,并在主电路上增加了一个阻挡电容Cb,阻挡电容Cb与饱和电感Ls适当配合,能使滞后桥臂上的主开关管实现零电流开关.在原边电压过零阶段,饱和电感工作在线性状态,阻止原边电流ip反向流动,在原边电压为Vin或-Vin时,它工作在饱和状态.尽管它有许多明显的优势,但也有不足之处,如最大占空比范围仍受到很多限制,特别是饱和电感上有很大的损耗,饱和电感磁芯的散热问题是一个必须解决的问题.4)副边采用有源箝位开关的FB-ZVZCS-PWM变换器如图4所示[5].这种电路没有使用耗能元件,在副边增加有源箝位开关S,并通过对有源箝位开关的适当控制,为滞后桥臂创造零电流开关条件.超前桥臂在零电压导通与关断的过程中,输出滤波电感Lf参与了谐振过程,而输出滤波电感通常具有很大的值,超前桥臂开关管可以在很大的负载范围内满足零电压开关条件,开关管的导通与关断的死区时间间隔受原边电压最大占空比的限制.在此种拓扑结构中,可能会出现副边整流输出电压的占空比大于原边电压最大占空比的现象,这种现象称为“占空比增大效应”(dutycycleboosteffect)这种现象是由箝位电容Cc和箝位开关的作用造成的.此电路的主要缺点是控制上稍微复杂一些,以及有源箝位开关采用的是硬开关,但是,有源箝位开关在一个开关周期中仅工作很短一段时间,对变换器整体效率影响很小.5)利用变压器辅助绕组的FB-ZVZCS-PWM变换器电路拓扑如图5所示[6].该电路通过在副边增加一个变压器辅助绕组和一个简单的辅助线路,无须增加耗能元件或有源开关来取得滞后桥臂ZCS.其副边整流电压可由箝位电容箝位,一般可将其限制在120%额定值内,该方案可在大功率场合应用.该电路拓扑的优点是负载范围宽,占空比损失小,器件的电压应力、电流应力小,成本低.但是它也有缺点,即副边结构复杂,设计时有些困难.6)副边带能量恢复缓冲电路的FB-VZCS-PWM变换器如图6所示[7].它的副边增加了由3个快恢复二极管和2个小电容构成的能量恢复缓冲电路,此电路在能量传递初始期间,电容Cs1和Cs2与漏感谐振,电容上的电压达到2nVin,超前桥臂开关管一关断,电容上电压就折合到原边,在漏感上产生一反压,使得原边电流下降.而且,通过能量恢复电路的低阻抗路径使副边整流二极管实现了ZVS.该结构稍微复杂些,最大缺点是,由于电容Cs1和Cs2与漏感谐振,使得副边整流电压几乎是正常电压nVin的2倍,增加了整流管的电压应力,并且由于存在大量环流,也增加了导通损耗.7)使用改进的能量恢复缓冲电路的FB-ZVZCS-PWM变换器如图7所示[8].它运用改进的能量恢复缓冲电路来减小循环电流和副边瞬间超压.除了增加二极管Ds4外,其工作原理和线路与6)相同.8)滞后桥臂中串入二极管的FB-ZVZCS-PWM变换器如图8所示[9].它利用串联二极管阻断电容电压可能引起的原边电流的反向流动.可以在任意负载和输入电压变化范围内实现滞后桥臂的零电流开关.9)副边利用简单辅助电路的FB-ZVZCS-PWM变换器如图9所示[10].此电路副边由一个简单辅助电路构成:包括一个小电容和两个小二极管,结构简单,整流电压不恒定,取决于占空比.该方案不含饱和电感,辅助开关,不产生大的环流,没有额外的箝位电路,这是因为,副边整流电压被箝位于箝位电容电压与输出电压之和.所用的元器件均在低电压,低电流下工作,还有负载范围宽,占空比损失小等优点,从而使此变换器具有高效率,低成本,解决了目前常见变换器的许多问题.在高功率场合很有发展前途.3结语综上所述可知,图2和图3电路使用耗能元件来复位原边电流,降低了总效率并阻碍功率超过5kW;图4电路通过副边增加有源箝位开关来复位原边电流,价格较贵并且控制复杂,有源箝位开关采用的是硬开关,开关频率是原边的两倍,开关损耗大;图5电路所有有源和无源元器件都工作在最小电流应力和电压应力下,有较宽的ZVZCS范围,较小的占空比损耗,不存在严重的寄生环流,功率超过5kW,但是辅助电路复杂;图6电路中电容Cs1和Cs2与漏感谐振引起大的循环能量,降低了总效率并使得副边整流电压几乎是正常电压nVs的二倍,增加了副边整流管的电流应力,变压器和开关的导通损耗也增加了;图7电路是对图6电路的改进,它减小了副边瞬间超压和环流,也能使开关损耗传到负载;通过比较图6和图7缓冲电路中Cs放电时间和漏感L1k 复位时间,可以看出吸收电容复位变压器漏感能量的能力和容量,后者比前者加倍,因而使用图7电路能扩展到重载范围.图9电路简化了前几种ZVZCS方案,仅仅增加由一个小电容和两个小二极管组成的简单辅助电路,无须增加耗能元件和有源开关实现ZVZCS,不仅为原边开关提供ZVZCS条件,而且箝位副边整流二极管,效率高而且价格便宜.。
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:。
移相ZVS-PWM全桥变换器综述
移相ZVS-PWM全桥变换器综述移相ZVS-PWM全桥变换器概述摘要:移相ZVS-PWM DC/DC全桥变换器巧妙利用变压器漏感和开关管的结电容来完成谐振过程，使开关管实现零电压开关(ZVS)，从而减少了开关损耗。
重点简述了该类变换器的基本原理，介绍了几种常见的拓扑，并简要地分析了它们的优缺点，最后指出了其发展方向。
关键词:移相全桥变换器零电压开关（ZVS）Overview of Phase Shift ZVS-PWM Full Bridge ConverterAbstract:Phase shift PWM DC/DC full bridge converter completing resonance procedure through leakage inductance of the transformer and junction capacitor of switch. It can make the switch achieve ZVS, decreasing the switching loss and interference .This paper describes the basi c principle of the converter, introduce several common topology, some common topologies as well as their advantages and drawbacks are discussed and analyzed. Finally it points out the development direction of the Converter.Key words:phrase shift，full bridge converter，ZVS引言全桥变换器广泛应用于中大功率的直流变换场合，近些年来，其软开关技术吸引了国内外学者的广泛关注，出现了很多控制策略和电路拓扑，其中移相控制是目前研究较多的控制方式，而以移相全桥零电压开关变换器(FB-ZVS-PWM)应用更为广泛。
移相全桥ZVS 及ZVZCS 的拓扑结构分析
移相全桥ZVS 及ZVZCS 的拓扑结构分析
1. 引言
移相控制方式是控制型软开关技术在全开关PWM 拓扑的两态开关模式（通态和断态）通过控制方法变为三态开关工作模式（通态断态和续流态），在续流态中实现开关管的软开关。
全桥移相ZVS-PWM DC/DC 变换拓扑自出现以来，得到了广泛应用，其有如下优点：
●充分利用电路中的寄生参数（开关管的输出寄生电容和高频变压器的漏感，实现有源开关器件的零电压开关）
●功率拓扑结构简单
●功率半导体器体的低电压应力和电流应力
●频率固定
●移相控制电路简单
全桥移相电路具有以上优点，但也依然存在如下缺点：
●占空比丢失
●变压器原边串联电感和副边整流二极管寄生电容振荡
●拓扑只能在轻载到满载的负载范围内，实现零电压软开关
目前该拓扑的研究及成果主要集中在以下方面
●减小副边二极管上的电压振荡
●减少拓扑占空比丢失
●增大拓扑零电压软开关的负载适应范围
●循环电流的减小和系统通态损耗的降低
2. 典型的zvs 电路拓扑
2.1 原边串联电感电路。
移相全桥零电压软开关电路的研究及仿真
移相全桥零电压软开关电路的研究及仿真姓名：薛进良 学号：TSZ130401012Q1 移相全桥软开关电路软开关实现方式可分为零电流开关（ZCS ）、零电压开关（ZVS ）和零电压零电流开关（ZVZCS ）。
该类电路利用变压器漏感和功率管的结电容谐振以实现软开关， 避开了功率器件电流与电压同时处于较高值的硬开关状态，减小了开关损耗以及辐射与干扰。
软开关电路的开关损耗低、电路效率高，因降低了开通时的du/dt ，消除了寄生振荡，从而降低了电源的输出纹波，但当负载较小时，因谐振能量不足而不能实现ZVS ，效率明显下降，同时存在占空比丢失现象，在重载时更为严重。
为了能达到所要求的最大输出功率，必须适当降低变比，而这又将增大初级电流并加重开关器件的负担。
2 移相全桥零电压软开关的原理图1示出全桥电路。
在一个开关周期中，移相控制ZVSDC/DC 全桥变换器有12 种开关状态。
为便于分析，首先假设：所有开关管、二极管、电感、电容均为理想器件。
f C LR fL r v T 5D 6D ab in V 1Q 2Q 3Q 4Q 2D 1D 3D 4D 1C 2C 3C 4C lk L图1 移相全桥零电压软开关电路首先Q1、Q4导通，变换器传输功率。
变压器次级侧D5导通。
关断Q1，电容C1，C2与L lk产生谐振，Q1零电压关断。
此时，谐振电感L lk与滤波电感L f串联。
因其能量大，故可认为初级电流近似于一个恒流源。
电容C1的电压Uc1从零开始线性上升，电容C2的电压Uc2从Vin开始线性下降。
C1充电到Vin时，C2放电结束，随后电感电压反向，D2导通续流，此后开通Q2可实现Q2的零电压开通。
由于变压器初级电压反向，在Lf和变压器次级电压的作用下D5、D6同时导通。
关断Q4，在C4作用下，Q4实现零电压关断。
为了减小占空比丢失，L lk不宜太大，因此Q3，Q4的死区时间不能取得太大。
C4两端电压U C4开始上升，直到上升为Vin，此后开通Q3，则Q3实现零电压开通。
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。
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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。