ZVZCS移相全桥软开关工作原理

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k

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1

S、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 o

s k

dI V V V L n n dt

=

++ (3-3) p c o I nI nI += (3-4) Cc

c c

dV I C dt

=- (3-5) 由(3-3)式得：

2p Cc

k

d I dV nL dt dt

=- (3-6) 将(3-6)式代入(3-5)式得：

22

p c c k

d I I nC L dt = (3-7)

将(3-7)式代入(3-4)式得：

22

2

p p c k

o d I I n C L nI dt

+= (3-8)

解微分方程：

22

2p p o

c k

c k

d 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 n

I t t nI L ωω

-=

+ (3-11) ()sin p s o c o k I V V n

I t I t n

nL ωω

-=-

=-

(3-12)

()()(1cos )Cc s o V t nV V t ω=-- (3-13)

（其中2

1c k

n C L 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。此时满足：()p o I t nI =，()2()Cc s o V t nV V =-，r s V nV =。

图3.8 模式2简化电路图

③ 模式3

S1关断，原边电流从S1转移至C1和C2，C1充电，C2放电，简化电路如图3.9所示。由于C1的存在，S1是零电压关断。变压器原边漏感k L 和输出滤波电感o L 串联，共同提供能量，变压器原边电压ab V 和整流桥输出电压以相同的斜率线性下降，满足：13

()o

ab s nI V t V t C C =-

+。

图3.9 模式3简化电路图

④ 模式4

当整流桥输出电压r V 线性降至箝位电压Cc V 时，h D 导通，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。简化电路及等效电路如图3.10所示。

图3.10 模式4主电路简化图及等效电路图

由上图可建立如下方程：

22V p Cc

ab

k d d I dV n nL dt dt dt

=- (3-14) p c o I nI nI += (3-15) 12V p ab d I dt

C C =-+ (3-16)

V Cc c c

d I C dt

=- (3-17)

将(3-14)式和(3-16)式代入(3-17)式得：

22

12

p p c c

c k

I d I I nC nC L C C dt

=++ (3-18)

将(3-18)式代入(3-15)式得：

2222

12

c p p p c k

o n C I d I I n C L nI C C dt

+

+=+ (3-19)

解微分方程：

22122

212()p c o

p c k

c k

d I n C C C I I nC L dt n C C C L +++

=

+ (3-20) 其初始条件为：

(0)0c t I ==，Cc ab V nV = (3-21)

解得：