PWMDCDC全桥变换器的软开关技术
一种新的全桥软开关变换器PWM实现方法
第31卷 第9期2010年9月仪器仪表学报Ch i nese Journa l o f Sc ientific Instru m entV ol 31N o 9Sep .2010收稿日期:2010-04 R ece i ved D ate :2010-04一种新的全桥软开关变换器PWM 实现方法佘致廷,陈文科,刘 娟,彭永进(湖南大学电气与信息工程学院 长沙 410082)摘 要:本文在研究ZV ZCS -FB 变换器工作原理的基础上,分析了数字软开关P WM 的控制要求,提出了一种基于D SP +EPLD 的ZV ZCS -FB 变换器PWM 数字触发的新方法。
该方法克服了传统软开关P WM 专用芯片存在的控制精度低、可靠性不高等不足。
仿真与实验结果表明基于DSP +EPLD 构成的软开关PWM 数字触发具有编程灵活、抗干扰能力强、可适用于不同拓扑结构变换器等显著优点。
所研究的数字PWM 新方法为全面实现ZV ZCS -FB 变换器数字化控制打下良好的基础。
关键词:全桥移相变换器;脉宽调制;软开关;数字控制技术中图分类号:TN98 文献标识码:A 国家标准学科分类代码:510.50N ovel realizati on m ethod of ful-l bri dge soft -s w itchi ng converter P WMShe Zhiti n g ,Chen W enke ,Liu Juan ,Peng Yong jin(Co llege of E lectrical and Informa tion Eng ineering,H unan University,Changsha 410082,China )Abst ract :In this paper ,the contro l requ ire m ents of dig ita l so f-t s w itch i n g P WM are ana l y zed based on the st u dy ofZVZCS -FB converter ,and a ne w m et h od of Z VZCS-FB converter P WM d i g ital trigger is proposed .The hard w are co re of this m ethod isDSP and EPLD .Th ism ethod overco m es the shortco m i n gs o f sof-t s w itching P WM ASI C ,such as lo w contro l precision and poor reliab ility .Si m ulati o n and experi m ent results sho w th is sof-t s w itching P WM tri g ger syste m has m any exce llent characteristics .For exa m ple ,it can be applied i n vari o us converters w ith different topo l o g ies ,and it a lso has t h e advantages o f ant-i j a mm i n g and flex i b le progra mm ing .This ne w dig ita l P WM m ethod lays a good foundation for f u ll d i g ital ZVZCS -FB converter .K ey w ords :phase -shift ful-l bridge converter ;pu lse w idth m odulation;sof-t s w itching ;digita l contr o l techno l o gy1 引 言全桥移相Z VZCS -FB 变换器与传统的硬开关变换器相比,具有开关损耗小、可靠性高等显著优点,一直是人们的研究热点[1-5],并在弧焊、电镀电源等低压大电流高频能量转换中得到广泛应用[6-7]。
DCAC三相软开关PWM逆变器的研究
DC/AC三相软开关PWM逆变器的研究1 引言常规的pwm逆变电路, 由于电力电子开关器件在大电压下导通，大电流下关断，处于强迫开关过程，因而存在开关损耗大，工作频率低、体积大及电磁干扰严重等缺点。
而软开关技术利用电感、电容谐振，为开关器件创造零电压、零电流的开关条件, 使器件在开通关断的过程中，电流和电压的重叠区域减小, 电流和电压的变化率减小, 有效地降低了电磁干扰，并且可使逆变器工作在较高频率下, 减小输出滤波电压电容的体积, 从而可减小整个装置的体积，提高性能。
谐振电路的形式种类很多，本次研究采用了直流环节逆变电路的形式。
并将pwm调制技术与软开关技术相结合，利用单片机和大规模pwm集成芯片，设计了一个用于异步电机驱动的三相spwm调制型的开环vvvf控制的软开关逆变器电路的控制方案，对几个关键性电路的工作原理作了较为详细的分析说明，给出了部分实际电路形式和运行结果。
2 直流环节谐振主电路直流谐振电路如图1所示。
图1 谐波直流环节主电路其中直流谐振环节的开关元件由三相逆变桥的6个开关代替。
通过同时导通同一桥臂的两个开关来短接直流电路，所以这里的开关元件成为一个等效元件。
它的工作原理为:在直流电源与三相逆变电路之间接谐振元件的电感和电容，形成谐振槽路。
这样输入逆变桥的电压不再是直流电压，而是变为频率较高的谐振脉冲电压，它周期性地在谐振峰值与零电压之间振荡，从而产生零电压时间间隔，为三相逆变桥创造出零电压通断条件。
简化后的谐振直流电路如图2所示。
电路工作分两个阶段:图2 rdcli等效电路模型第一阶段:开关sr接通，电容两端电压为零，直流电源对电感进行预充电，近似的按线性规律增加。
结束时，其中为保证谐振正常进行的阈值电流，这段时间为。
第二阶段:开关sr断开，电容两端电压开始增加，电路进行谐振。
当电容电压再次过零点时，一个谐振周期结束。
开关sr再次接通，进入下一个周期。
通过分析可得出谐振电流电压方程为:式中，这种电路的主要特性是:拓扑结构简单，控制策略相对来说容易实现;但谐振峰值电压较高，是直流侧供电压的两倍，逆变桥中的开关器件需承受2～3倍的直流母线供电电压。
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
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。
pwm变频调速及软开关电力变换技术
pwm变频调速及软开关电力变换技术[pwm变频调速及软开关电力变换技术]1. 引言在现代工业和电力系统中，pwm变频调速及软开关电力变换技术已经成为一种常见的技术应用。
它们在提高能源利用率、降低能源消耗和减少对环境的影响等方面具有重要作用。
本文将深入探讨pwm变频调速及软开关电力变换技术的原理、应用及未来发展趋势。
2. pwm变频调速技术的原理和应用2.1 什么是pwm变频调速技术pwm（Pulse Width Modulation）变频调速技术是一种通过控制电机输入的脉冲宽度来实现对电机转速的调节的技术。
它通过改变电机输入的频率和电压，使电机能够以不同的速度运行，从而满足不同工况下的需求。
2.2 pwm变频调速技术的应用pwm变频调速技术广泛应用于工业生产中的电机驱动系统、风力发电系统、水泵系统、压缩机系统等领域。
通过pwm变频调速技术，能够实现电机的精确控制和高效运行，从而提高设备的稳定性和工作效率。
3. 软开关电力变换技术的原理和应用3.1 什么是软开关电力变换技术软开关电力变换技术是一种通过对电力开关管进行控制，减少开关过程中电流和电压的突变，以减小开关损耗的技术。
它通过改善开关过程中的电压和电流波形，降低开关损耗和提高电力变换效率。
3.2 软开关电力变换技术的应用软开关电力变换技术在直流变换器、逆变器、变频器以及电力系统中的高压开关设备中得到广泛应用。
通过软开关电力变换技术，能够减少电力设备的能量损耗，提高系统的可靠性和稳定性。
4. pwm变频调速及软开关电力变换技术的未来发展趋势4.1 高性能功率模块的发展未来，随着高性能功率模块的不断发展，将能够提高pwm变频调速及软开关电力变换技术的性能和效率，满足更多复杂工况下的电力需求。
4.2 电力电子器件的集成化和智能化随着电力电子器件的集成化和智能化，pwm变频调速及软开关电力变换技术将更加灵活和智能化，能够更好地适应不同工况下的需求。
5. 总结和回顾pwm变频调速及软开关电力变换技术作为当前电力系统中重要的技术应用，具有重要的意义。
基于软开关技术的DCDC功率变换器的设计
基于软开关技术的DC/DC功率变换器的设计O 引言基于软开关技术的全桥DC／DC变换器在高频、大功率的直流变换领域，有着广泛的应用前景，它提高了系统的效率，增大了装置的功率密度。
本文设计的变换器现正应用于电子模拟功率负载中，该负载系统要求能有效实现能量回馈电网，且直流高压>540V，低压直流为48~60V，因此，为升压变换。
限于篇幅，本文仅对DC／DC变换器的设计进行讨论，该变换器利用高频变压器的原边漏感、功率MOSFET并联外接的电容实现零电压开关，该方案简单、高效、易实现。
采用改进型移相控制器UC3879为控制核心，对变换器实现恒流输入控制，文中给出了实用的控制电路和主要参数的设计方法。
试验结果证明系统性能优良、效率高、功率密度大。
1 基本原理1.1 DC／DC变换器的电路原理图1所示的是DC／DC功率变换器的电路原理图，功率开关管S1~S4及内部集成的二极管组成全桥开关变换器，S1及S3组成超前桥臂，S2及S4组成滞后桥臂，S1~S4在寄生电容、外接电容C1~C4和变压器漏感的作用F谐振，实现零电压开关。
其中C7为隔直电容，可有效地防止高频变压器的直流偏磁。
低压直流侧滤波电容为C5、C6、L1为共模电感。
实时检测的输入侧电流值同指令电流值比较，得到的误差信号经过PI环节输出，由改进型移相控制器U C3879组成的控制系统实时生成变换器的触发脉冲；系统实行恒流控制，便于在不同负载情况下考核被测试的直流电源组，同时，也利于根据试验考核系统的功率等级，实现多个相同电子模拟负载模块的并联。
经过实验测试，DC／DC功率变换器工作在软开关状态下，输出高压直流为560V时，高频变压器副边电压的峰值高达1000V。
考虑在工程应用中，系统应该有足够的储备裕量，以利于长时间可靠、安全的运行，整流部分由两个完全相同的整流桥串联构成。
1.2 控制策略对于全桥变换器的控制通常有双极性控制方式、有限双极性控制方式和移相控制方式。
DCDC功率变换器软开关技术及Pspice仿真.
DC/DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真引言随着生产技术的发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，目前功率变换器的开关变换技术主要采用两种方式：脉宽调制(PWM技术和谐振变换技术。
传统的PWM控制方式由于开关元件的非理想性，其状态变化需要一个过程，即开关元件上的电压和电流不能突变，开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗。
变频器工作频率一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，所以开关频率越高，开关损耗就越大，因而硬开关变换器的开关频率不能太高。
相比之下软开关变换器的作用是，当电压加在器件两端或者电流流经器件时，抑制功率器件转换时间间隔, 即软开关的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，或是通过器件的电流为零。
这种开关方式明显减小了开关损耗，不仅可以允许更高的开关频率以及更宽的控制带宽，同时又可以降低dv/dt 和电磁干扰。
本文为了更好地说明不同软开关技术的区别，采用Pspice 软件对其中两种有代表性的变换电路进行了仿真和分析。
图 1 升压半波模式的零电压开关准谐振变换器原理图图 2 开关管通断及其所受电压应力仿真波形图3 升压零电压PW变换器原理图图 4 主副开关管的驱动仿真波形软开关的原理谐振开关技术的核心问题是为器件提供良好的开关工作条件，使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变，从而把器件的开关损耗降到最低水平。
软开关下的器件通断可以明显减少功率的开关损耗。
减小开关损耗通常有以下两种方法：在开关管开通时，使其电流保持在零或抑制电流上升的变化率，减少电流与电压的重叠区，从而减少开通的功率损耗，即零电流导通；在开关管开通前，减小或消除加在其上的电压，即零电压导通。
减小关断损耗有以下两种方法：开关管关断前，减小或消除加在其上的电流，即零电流关断；开关管关断前，减小或消除加在其上的电压，即零电压关断。
赵德安讲座：PWM DCDC全桥变换器的软开关技术
4. ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器的实现技术
• 电流复位的实现方法: a.使原边电流减少至零,串阻断电压源----电容 b.使原边电流不反向增长,可以从三个地方切断反向通路: (1)AC/AO段 (2)AB段 (3)BC/BO段
4. ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器的实现技术
5. 应用举例(智能充电器)
充电器原理图
5. 应用举例(智能充电器)
UC3875接线图
5. 应用举例(智能充电器)
T T
T 1) Ch 1: 2) Ch 2: 5 0 Vo lt 10 us 5 0 Vo lt 10 us
IGBT S1,S2电压波形
5. 应用举例(智能充电器)
AB段: d.增加一个整流桥电 路
4. ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器的实现技术
BO/BC段,在滞后桥臂中串入 二极管即可
4. ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器的实现技术
其它电路拓扑,有:E.C.Nbo电路,K.Chtn电路,B.Masstrant 电路.
共同特点: a. 超前桥臂一般并有吸收电容,用来实现ZVS; b. 滞后桥臂设有并联吸收电容和反并二极管, 只能单向导通,用来实现ZCS; c. 原边电流没有环流,减少了通态损耗,有利 于提高效率; d. 适用于IGBT和BJT作功率器件.
AB段: a. 串入一个饱和电感
4. ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器的实现技术
AB段: b.给变压器副边增加一个辅 助绕组
4. ZVZCS PWM DC/DC 全桥变换器的实现技术
AB段: c.串入一对反接的开关 管
PWM软开关技术简介
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IGBT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。
为提高电路的开关频率准备了条件，使整机的轻量化，小型化成为可能，可进一步提高整机的功率变换密度，符合电力电子行业的发展方向。
新型PWM软开关DC_DC变换器
马艳玲 石艳丽 董建彬
(石家庄经济学院 ,石家庄 050031)
摘 要 提出了一种新的零电压转换 ( ZVT)软开关 PWM 转换器 ,给出了 boost转换器的电路 ,详细分析了它的工作原理 ,并 给出了主要变量的波形 。 关键词 软开关变换器 升压变换器 零电压转换 ( ZVT) 中图法分类号 TN710; 文献标识码 A
第 8卷 第 16期 2008年 8月
167121819 (2008) 1624667203
科 学 技 术 与 工 程
Science Technology and Engineering
Vol18 No116 Aug12008
Ζ 2008 Sci1 Tech1Engng1
一种新的 PWM 软开关 DC2DC变换器
46 79
Sta tic Ana lysis of Large Angular D eforma tion Torsiona l M icrom irror
WANG Zhen2lin, CHEN Xue2kang, CAO Sheng2zhu
(Lanzhou Physics Institute, National Key Laboratory of Surface Engineering Technology, Lanzhou 730000, P1R1China)
M2。D2减小到零后在 D2中有一个反向恢复电流 。
D2是软恢复 ,相关的损耗减小 。
118 t6 ～t7 t6 时刻 , M2 关 断 , 因 为 Cs 的 存在 , Cs 开始 放
电 ,M2的漏源电压 VM2缓慢增加 , M2 关断近似为零 电压关断 ( ZVS) ,直到 t7 时刻 , VM2达到 Vo ,整流二 极管 D1开始导通 ,M2的关断过程结束 , t7 时刻后 , 工作模型和 t < t0 时相同 。
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
车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述
车载充电PWM软开关DC-DC变换器研究综述合肥工业大学电气与自动化工程学院的研究人员李红梅、张恒果、崔超，在2017年第24期《电工技术学报》上撰文指出，作为车载充电机的关键部分，DC-DC变换器直接影响其运行效率，近年来，众多学者围绕PWM软开关DC-DC变换器开展研究并已取得可供借鉴的研究成果，旨在实现DC-DC变换器在整个充电过程中的高效运行。
针对车载充电系统，首先指出DC-DC变换器设计要求，并分析传统原边移相控制全桥DC-DC变换器固有的不足，再从主电路拓扑、驱动方式和控制策略三个方面，详述车载充电机中PWM软开关DC-DC 变换器研究进展。
最后，剖析现有PWM软开关DC-DC变换器技术方案的优势与不足，并指出未来工作方向以实现DC-DC变换器系统效率全面提升。
电动汽车（Electric Vehicles, EV）利用动力电池组的储能为电驱动系统提供能量，通常该电池组通过充电机接入工频电网进行充电，其中车载充电机以其体积小、成本低及便捷性被广泛使用[1-4]。
由于单级车载充电机在输入功率因数和输出精度上不易同时满足设计需求，因而只适用于铅酸电池的充电[3,5-9]。
图1所示为应用广泛的车载充电机两级功率架构。
前级AC-DC变换器通常为升压型变换器，实现功率因数校正和电能交直流转换，后级的隔离DC-DC变换器级联在前级AC-DC变换器输出直流母线上，进一步进行能量转换以满足动力电池组充电要求[1,4,10,11]。
图1 车载充电机两级功率架构全桥拓扑兼具较高的功率密度和功率传输能力，因而被广泛采用为DC-DC变换器拓扑，且通常控制变换器开关器件运行在软开关状态以降低开关损耗，实现DC-DC变换器的高效运行。
采用脉冲频率调制的谐振变换器可实现变压器一次侧开关管的零电压开关（Zero Voltage Switching, ZVS）及二次侧整流器的零电流开关（Zero CurrentSwitching, ZCS），具有电能转换效率较高的技术特点，尤其以LLC型谐振变换器性能突出[12-14]。
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
全桥DC-DC高频功率变换器技术概述
全桥DC-DC高频功率变换器技术概述作者：张文洋来源：《科技创新与生产力》 2012年第6期张文洋（太原重型机械集团有限公司，山西太原 030024）摘要：介绍了应用功率MOSFET和IGBT的全桥DC-DC 高频变换器，对包括全桥DC-DC PWM 变换器的控制策略、软开关技术等进行了概述。
关键词：全桥DC-DC变换器；PWM；软开关中图分类号：TM464 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2012.06.067高频功率电子学的一个主要发展趋势是提高开关频率。
功率半导体制作工艺的发展不仅使器件电压和电流的等级增加，而且也使开关频率显著提高成为可能。
功率半导体工作频率更高，致使变换器的无源元件，即电容、电感和变压器等器件的体积变得更小，从而减小整个设备的体积和重量，增大功率密度，也能改善动态性能。
开关频率的提高，一方面对提高脉冲宽度调制以及谐振技术的应用越发重要，另一个方面需要降低半导体电压和电流应力，限制变换器由于大的di/dt和du/dt所产生的传导和辐射噪声。
尺寸和噪声这两个要求，只有在变换器的内部使用软开关技术才能减小。
1 全桥PWM DC-DC变换器及其控制图1为全桥PWM DC-DC变换器，它主要应用于大功率场合。
图2为半桥DC-DC变换器。
半桥DC-DC变换器的输入和输出电压关系为全桥DC-DC变换器的输入和输出电压关系为其中，占空比D = ton / T（0＜D＜0.5）。
比较全桥变换器和半桥变换器在相同的输入与输出电压及满足相同功率的条件，其匝比数比关系为假设可以忽略输出滤波电感的电流脉动，以及变压器磁化电流均不计，则流过功率管的电流IC由下式给出在2种变换器中，输入电压都通过开关晶体管。
然而在半桥变换器中，功率管要求承载2倍的电流。
因此在高功率应用中，使用全桥比使用半桥在减少并联功率管的数量上时更有优势。
2 全桥DC-DC变换的PWM控制策略第一种为传统的硬开关的控制方法，是通过功率晶体管（T1，T2）和（T3，T4）根据控制信号成对地交替开关，使变压器初级交替通过相等间隔的输入电源最大占空比为50%（D = 0.5）。
软开关PWM DCDC全桥变换器的实现策略
软开关PWM DC/DC全桥变换器的实现策略阮新波严仰光摘要系统地提出PWM DC/DC全桥变换器的两类软开关方式，ZVS方式和ZVZCS方式。
针对这两类方式，分别提出各自的实现策略。
关键词：全桥变换器脉宽调制控制策略软开关技术Realization Strategies for Soft-Switching PWM DC/DC Full-Bridge ConvertersRuan Xinbo Yan Yangguang(Nanjing University of Aeronautics & Astronautics210016China)AbstractThis paper proposes two kinds of soft-switching techniques for PWM DC/DC full-bridge converte rs:Zero-Voltage-Switching (ZVS)and Zero-Current-Switching(ZCS).The realization strategies for the two kinds of soft-switching techniques are proposed.Keywords：Full-bridge converter Pulse-width-modulation Control strategySoft-switching technique1引言在文献［1］中，我们知道，PWM DC/DC全桥变换器有9种控制方式。
根据斜对角的两只开关管的关断情况，这9种控制方式可分为两类，一类是斜对角的两只开关管同时关断，此时会出现+1/-1和-1/1的切换方式，不能实现软开关；一类是斜对角的两只开关管的关断时间相互错开，一只先关断，一只后关断，即引入超前桥臂和滞后桥臂的概念，可以实现软开关。
超前桥臂的开关方式是+1/0和-1/0切换方式，只能实现ZVS，而且容易实现ZVS；滞后桥臂根据0状态的工作模式不同存在两种软开关方式，0状态有两种工作模式，电流恒定模式和电流复位模式。
DC-DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真
DC/DC功率变换器软开关技术及Pspice仿真引言随着生产技术的发展，电力电子技术的应用已深入到工业生产和社会生活的各方面，目前功率变换器的开关变换技术主要采用两种方式：脉宽调制(PWM)技术和谐振变换技术。
传统的PWM控制方式由于开关元件的非理想性，其状态变化需要一个过程，即开关元件上的电压和电流不能突变，开关器件是在承受电压或流过电流的情况下接通或断开电路的，因此在开通或关断过程中伴随着较大的损耗。
变频器工作频率一定时，开关管开通或关断一次的损耗也是一定的，所以开关频率越高，开关损耗就越大，因而硬开关变换器的开关频率不能太高。
相比之下软开关变换器的作用是，当电压加在器件两端或者电流流经器件时，抑制功率器件转换时间间隔,即软开关的开关管在开通或关断过程中，或是加于其上的电压为零，或是通过器件的电流为零。
这种开关方式明显减小了开关损耗，不仅可以允许更高的开关频率以及更宽的控制带宽，同时又可以降低dv/dt 和电磁干扰。
本文为了更好地说明不同软开关技术的区别，采用Pspice软件对其中两种有代表性的变换电路进行了仿真和分析。
图1 升压半波模式的零电压开关准谐振变换器原理图图2 开关管通断及其所受电压应力仿真波形图3 升压零电压PWM变换器原理图图4 主副开关管的驱动仿真波形软开关的原理谐振开关技术的核心问题是为器件提供良好的开关工作条件，使得器件在零电压或零电流条件下进行状态转变，从而把器件的开关损耗降到最低水平。
软开关下的器件通断可以明显减少功率的开关损耗。
减小开关损耗通常有以下两种方法：在开关管开通时，使其电流保持在零或抑制电流上升的变化率，减少电流与电压的重叠区，从而减少开通的功率损耗，即零电流导通；在开关管开通前，减小或消除加在其上的电压，即零电压导通。
减小关断损耗有以下两种方法：开关管关断前，减小或消除加在其上的电流，即零电流关断；开关管关断前，减小或消除加在其上的电压，即零电压关断。
一种新颖的软开关双向DCDC变换器
一种新颖的软开关双向DCDC变换器一、背景技术DCDC变换器是一种将直流电压转换为另一个直流电压的电力电子装置。
传统的DCDC变换器采用硬开关技术，即开关在导通和关断时都会产生较大的损耗和噪声。
这不仅降低了变换器的效率，还会产生电磁干扰，影响周边设备的正常运行。
为了解决这些问题，软开关技术被引入到DCDC变换器中。
软开关技术通过控制开关的导通和关断时间，降低开关损耗和噪声，从而提高变换器的效率并减少对周边设备的影响。
本文所介绍的软开关双向DCDC变换器正是基于这一技术发展而来的。
二、新型软开关双向变换器介绍该双向DCDC变换器的基本工作原理，包括其如何实现能量在两个方向上的转换。
详细描述其独特的软开关技术，以及这种技术如何减少开关损耗，提高效率。
描述该新型变换器的电路拓扑结构，包括主要的电力元件如开关器件、电感、电容等的连接方式。
解释电路设计如何实现软开关操作，以及电路的灵活性和可扩展性。
阐述该双向变换器的控制策略，包括如何精确控制开关动作以实现软开关条件，以及如何管理能量流向，确保能量转换的高效和稳定。
对比传统硬开关变换器和新型软开关双向变换器的性能，包括效率、功率密度、热管理等方面的优势。
强调新型变换器在特定应用场景下的性能提升。
如果可能，提供实验数据或仿真结果来验证新型软开关双向变换器的性能。
展示其在实际应用中的潜力和效果，以及与传统技术的对比。
探讨该新型变换器在不同领域的应用前景，如电动汽车、可再生能源系统、电力电子设备等。
讨论其如何满足未来能源管理和存储的需求。
三、性能优势与传统的硬开关DCDC变换器相比，这种新颖的软开关双向DCDC 变换器具有多项性能优势：高效率：由于采用了软开关技术，开关损耗大幅降低，整个变换器的效率得到了显著提高。
低噪声：由于辅助开关实现了软开关功能，开关过程中产生的噪声大幅减少，从而降低了对周边设备的影响。
稳定性好：由于采用了双向输电技术，该变换器可以在不同的输入和输出条件下保持稳定的输出，使其在许多电力电子设备中具有广泛的应用前景。
dcdc全桥软开关仿真文献综述
dcdc全桥软开关仿真文献综述随着电子技术的不断发展，DC-DC变换器在现代电子电路中得到了广泛应用。
其中，全桥拓扑结构的DC-DC变换器具有高效、高稳定性、高可靠性等优点，因此在工业、航空、军事等领域得到了广泛应用。
但是，在全桥拓扑结构中，由于开关管的开关动作会产生电磁干扰、温度升高等问题，因此需要采用软开关技术来解决这些问题。
本文将对DC-DC全桥软开关仿真方面的研究进行综述。
一、DC-DC全桥软开关技术研究现状1.1 DC-DC全桥软开关技术的发展历程DC-DC全桥软开关技术的研究可以追溯到上世纪80年代。
当时，由于硅管的开关速度较慢，且在高频率下易产生开关损耗，因此研究人员开始探索采用软开关技术来解决这些问题。
随着功率电子器件的发展，如IGBT、MOSFET等，软开关技术得到了广泛应用。
在全桥拓扑结构中，采用软开关技术可以有效降低开关损耗，提高系统效率和可靠性。
1.2 DC-DC全桥软开关技术的研究方向目前，DC-DC全桥软开关技术的研究方向主要集中在以下几个方面：（1）软开关技术的研究和应用：包括软开关的原理、软开关技术的实现方法、软开关控制策略等方面的研究。
（2）拓扑结构的研究和优化：针对全桥拓扑结构的特点，研究如何优化拓扑结构，提高系统效率和可靠性。
（3）电路参数的研究和优化：包括电感、电容等参数的选择和优化，以及电路布局和散热等方面的研究。
1.3 DC-DC全桥软开关技术的应用领域DC-DC全桥软开关技术在工业、航空、军事等领域得到了广泛应用。
其中，应用最为广泛的领域包括电力电子、通信、计算机等。
在电力电子领域，DC-DC全桥软开关技术被广泛应用于电机驱动、电力变换器、UPS等领域。
在通信领域，DC-DC全桥软开关技术被广泛应用于光纤通信、无线通信、卫星通信等领域。
在计算机领域，DC-DC 全桥软开关技术被广泛应用于服务器、工作站、笔记本电脑等领域。
二、DC-DC全桥软开关仿真技术研究现状2.1 DC-DC全桥软开关仿真技术的研究意义DC-DC全桥软开关仿真技术可以在不需要实际硬件的情况下，对电路进行仿真分析，快速评估电路性能和优化设计方案。
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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
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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
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
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略族
PWM DC/DC全桥变换器的两类切换方式
三种工作状态
三种切换方式
两类切换方式（一）---同时关断切换方式
第六部分
脉宽调制DC/DC全桥变换器 的软开关技术
PWM DC/DC全桥变换器的软开关技术
概述 DC/DC全桥变换器 PWM DC/DC全桥变换器的软开关技术基 本原理
概述
现代电力电子装置的发展趋势 小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求 电力电子装置高频化 滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化 、轻量化 开关损耗增加，电磁干扰增大 软开关技术 降低开关损耗和开关噪声 进一步提高开关频率
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥变换器的 工作原理
The end!
参考资料
• 《脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术》 阮新波 严仰光著 科学出版社 • 《电力电子技术》西安交通大学 王兆安 黄俊 机械工业出版社
两类切换方式（二） ---同时关断切换方式
• 从上面的分析可知：在斜对角两只开关管同时关断切换方式下 出现了+1/-1或者-1/+1的切换方式,无法实现开关管的软开关,.
两类切换方式---关断时间错开切换放式
超前桥臂和滞后桥 臂： 如果Q1和Q3分别 在Q2和Q4之前关断， 可以定义先关断的 开关管Q1和Q3组成 的桥臂为超前桥臂， 而后关断的开关管Q 2和Q4组成的桥臂为 滞后桥臂
关断时间错开切换放式—0状态的说明
• 从前面的分析可以知道,0状态实际上是非常简单的一种工作状 态。如果在主电路中加入一定的电路，就可以使0状态出现两种 工作模式：一种是恒流模式，一种是电流复位模式。 • 所谓恒流模式，就是在0状态下，使原边电流基本保持不变，为 滞后桥臂提供零电压开通条件；而电流复位模式就是在0状态下 ，使原边电流减小到零，为滞后桥臂提供零电流开关条件。
2、有限双极性控制方式
Q1关断时，D3和 Q4续流 回路 Vab=0
3、移相控制方式
这种控制方式是Q1和Q3轮流导 通180°电角，Q2和Q4也一样， 但是Q1和Q4不同时导通，若Q1 先导通，Q4后导通，两者相差 α电角。Q1，Q3为超前桥臂，Q 2，Q4为滞后桥臂
3、移相控制方式
PWM DC/DC全桥变换器的软开关技术基本原理
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
滞后桥臂的零电流开关:如果0状态处于电流 复位模式,当Q4关断时,原边电流以为0，Q4是 零电流关断.当Q2开通时,由于存在变压器漏 感,原边电流不能突然增加,而是以一定斜率 增加.因此可认为Q2是零电流开通。这时，Va b=(-1)Vin，该开关方式为0/-1切换方式
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
• 从上面的分析可以得出四个结论：(1)在恒流模式下，滞后桥臂 开关管上要并联电容，以实现ZVS；（2）滞后桥臂实现ZVS的能 量是漏感中的能量；（3）漏感远远小于输出滤波电感，因此滞 后桥臂实现ZVS较超前桥臂困难；（4）漏感能量与负载有关。 负载越大，能量越大，负载越小，能量越小。漏感能量不足以 使滞后桥臂实现零电压开关，必须采用辅助电路来帮助漏感实 现滞后桥臂的零电压开关。
PWM DC/DC全桥变换器的软开关技术基本原理
开关导通时间定义
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略
基本控制策略： 斜对角两只开关管同 时导通或关断，每只开关 管的导通时间小于1/2开 关周期。
PWM DC/DC全桥变换器的控制策略
新的控制策略： ①Q2和Q4导通时间不 变，将Q1和Q3的导通 时间向前增加一段时 间或者增到半个周期 ② Q1和Q3导通时间 不变，将Q2和Q4的导 通时间向后增加一段 时间或者增到半个周 期 ③将Q1和Q3的导通时 间向前增加一段时间 或者增到半个周期， 同时将Q2和Q4的导通 时间向后增加一段时 间或者增到半个周期
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
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
概述
硬开关
开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠 电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声
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a）硬开关的开通过程
b）硬开关的关断过程
图6－1 硬开关的开关过程
概述
软开关
在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引 入谐振，消除电压、电流的重叠。 降低开关损耗和开关噪声
1、双极性控制方式
晶体管为PWM工作方式， Ts前半周, Q1、Q4导通 时间 D • T2S ，D为占空比， 后半周Q2、Q3也同样导 通
1、双极性控制方式
当占空比 D ≥ 12 时，Vab 与Vo不受D的影响。感 性负载时不宜采用这 种控制方式。
2、有限双极性控制方式
一个桥臂的两个管子为 PWM工作，另一个桥臂 的两个管子轮流导通半 个周期
关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现
问题:当Q4关断后,C4电压线性增加,Vab=-Vc4，使DR2也 滞后桥臂的零电压开关:如果0状态处于恒流模式, 导通,将变压器复变副边短接,变压器原边电流为零, Vab 原边电流流过D3和Q4,当Q4关断时,电流转移到C2C4 电压全部加在漏感上,使原边电流减小,如果漏感能量较 支路,给C4充电,给C2放电,由于有C2C4,Q4是零电压 少,就会出现C4的电压还没有增加到Vin,原边电流就已经 关断。当C2电压下降到0，Q2反并联二极管D2自然 减小到零,C4的电压就会使原边电流反向增加,而且C4的 导通，此时开通Q2，就是零电压开通.这时，Vab= 电压也会下降,同时C2电压上升,当Q2开通时,C2电压不为 (-1)Vin，该开关方式为0/-1切换方式 零,Q2就不能实现零电压开通,而是硬开通
关断时间错开切换放式—超前桥臂的软开关实现
从上面分析可得:超前桥臂在关断 在这个时段里，漏感和滤波电感串联,而且滤波 T0时刻之前,Q1Q4导通, Vab=(+1)V 时,漏感和输出滤波电感串联, 原 电感很大,因此可认为原边电流近似不变,类似恒 ab,原边电流流过Q1,Q4,T0时刻关 边电流近似不变,是一个恒流源,因 流源,这样C1电压线性增加,C3电压线性减小。T1 断Q1,原边电流转移到C1C3支路,C1 此(1)超前桥臂只能实现零电压开 时刻，C3电压下降到0，Q3反并联二极管D3自然 被充电C3被放电,由于有C1C3,Q1是 关,不能实现零电流开关.(2)超前 导通，此时开通Q3，就是零电压开通.这时，Vab 零电压关断。 桥臂容易实现零电压开关 =0，该开关方式为+1/0切换方式.