一种新型电流型移相全桥软开关变换器.

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电流型移相全桥DC／DC变换器研究

ｔｅｅｄ．ｈｎ
Ｋｅｗｏ￣：ＺＳＰＢ；ｔｒｕｉｃｉｙｒＣ；ＳＦｓｔｐｃｒｕｔａ
中图分类号：Ｍ４４Ｔ６
文献标识码：Ａ
文章编号：２９２１（０７０— ０１００１— ７３２０）３００ — ４
０引言
移相全桥零电流开关Ｄ／Ｃ变换器是一种ＣＤ
本文所分析的电路，通过输入电感储能向输出端供电，似与Ｂｏｔ类ｏｓ电路，由于在启动过程中，输出电压从０开始逐渐增大，在启动的一段时间
：
燃料Ｉ池Ｕ
电流型移相全桥Ｄ／Ｃ变换器研究ＣＤ
裘圣琳，朱选才，徐德鸿
（江大学电气工程学院，杭州浙江浙
摘
一
３０２）１０７
要：点分析了ＺＳ电流型移相全桥Ｄ／Ｃ变换器的启动工作过程，过在升压电感上附加重ＣＣＤ通个耦合线圈，改进了变换器的启动特性；并给出了实验结果。
发电系统，完成燃料电池输出和并网逆变器输入之间升压功能。系统结构框图如图ｌ所示ｌ其所３＇，采用的Ｄ／Ｃ升压装置原理如图２所示。ＣＤ
收稿日期：０６０ — ８２０～４２
图２移相全桥Ｄ／Ｃ升压变换器ＣＤ
２电路控制原理
图５输入电感加耦合线圈的主电路
图３所示为主电路ＩＢＧＴ驱动的时序，电路工

移相全桥ZVS软开关变换器的设计与应用

通馋电潦技术
２１０１年１月２５日第２８卷第１期
ＴｅｅｏＰｏｒＴｅｈｏｏｙｌｃｍｗｅｃｎｌｇＪｒ５０，Ｖｏ．２．ａＬ２，２１１１８Ｎｏ１
文章编号：０９３６（０）１０１—３１０ —６４２１０ — ００１１
１移相全桥ＺＳ软开关变换器工作原理Ｖ
图１为移相全桥ＺＶＳ软开关变换器原理图，中其Ｕｉ为输入电压，为输出电压，、、、为功率Ｑ１Ｑ２Ｑ４
ＭＯＳ开关管，ＶＱｇ、３ＶＣ４别为四个功ＶＱｇ、２ＶＱｇ、ｈ分率开关管的驱动信号，１Ｄ、３Ｄ为反并联二极管，Ｄ、Ｉ、４）Ｃ、２Ｃ、４并联电容， … Ｃ１Ｃ、３Ｃ为Ｌ为辅助支路谐振电感、电容，为高频变压器，５Ｉ为副边整流二极管，ＴＩ、））６Ｌ、别为输出滤波电感、波电容，－负载。ＬｆＣ分滤Ｒ为ｋ由两部分组成，一是原边串联谐振电感，二是变压器漏
选择做了详细介绍，后给出了仿真结果和仿真波形，明了设计的合理性和有效性。最证
关键词：ＣＩ变换器；开关；Ｖ；３７Ｄ／Ｘ；软ＺＳＵＣ８５
中图分类号：Ｎ１Ｔ７２
文献标识码：Ａ
电子设备的成本、积以及效率。众所周知，体提高电源的频率，以有效地减小器件的体积和重量，小滤波可减器的参数，从而使变压器小型化。但在器件高频化的同时，会增加开关损耗、增大电磁干扰。软开关技术是

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

软开关全桥移相控制PWM变换器32页PPT

文家。汉族，东晋浔阳柴桑人（今江西九江）。曾做过几年小官，后辞官回家，从此隐居，田园生活是陶渊明诗的主要题材，相关作品有《饮酒》、《归园田居》、《桃花源记》、《五柳先生传》、《归去来兮辞》等。
软开关全桥移相控制PWM变换器
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新来燕，双双入我庐，先巢故尚在，相将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、陶渊明（约 365年 —427年），字元亮，（又一说名潜，字渊明）号ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 柳先生，私谥“靖节”，东晋末期南朝宋初期诗人、文学家、辞赋家、散
1
0
、
倚
南
窗
以
寄
傲
，
审
容
膝
之
易
安
。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非

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

一种新型电流型移相全桥软开关变换器的设计

一种新型电流型移相全桥软开关变换器的设计
0 引言
开关电源的发展趋势是高频、高功率密度、高效率、模块化以及低的电磁干扰(EMI)等，但传统的硬开关变换器不仅存在严重的电磁干扰(EMI)，而且功率管的开关损耗限制了开关频率的提高，软开关应运而生。

目前实现软开关主要有两种方法：一为零电压(ZVS)开关，另一种为零电流(ZCS)开关。

全桥DC／DC 变换器广泛应用于中大功率的场合。

根据其输入端为电容或者是电感，全桥变换器可分为电流型和电压型两种。

过去的数十年问，电压型全桥变换器的软开关技术得到深入研究。

而电流型却没有得到足够的重视。

事实上，电流型变换器具有很多的优点。

最显著的优点之一是在多路输出的应用场合中，它相当于将滤波电感放置于变压器的原边，因而整个电路仅需要这一个电感。

本文提出了一个采用移相控制的新型电流型全桥变换器，引入辅助电路来帮助两个上管实现零电压工作，利用变换器的寄生参数(变压器的漏感)来实现两个下管零电流工作。

分析了它的工作原理以及实现软开关的条件，并最终在Pspice 仿真中验证了理论的正确性。

1 工作原理
图l 所示为本人所提出的电流型移相控制PWM DC／DC 全桥变换器。

Lin 为输入电感，Llk 为变压器的漏感，CS1、CS2 是和两个上管VT1、VT2 并联的电容，VTa1、VTa2 是辅助开关，Lrl、Lr2 是谐振电感。

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

在此对图１所示功率变换电路的工作过程进
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。
ＩＩ
ＩＧＢＴ ‘ ＼
Ｄ５＿＿
ＶＤ
厶。
１
ＢＬ
ＩＧＢＴ＼
ＢＬ
ａ一０
ｂＯ一１
ＢＴ２
Ｂ
ｃ１ —２
ｄ２ —３
ＢＴ２
ＢＴ２
ＩＧＢＴｌ ‘ ＼
一
Ｌ
一
ｃ
一ｌＩ
０
…
Ｔ
…
一
Ｉ ———＿ ‘ － —
“
ＢＢ
ＩＧＢＴ３１】
ｅ３ —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Ｔｘｎ
ｌ／
Ｃ
ＶＤ２
ｋＶＤ＝＝
ＬＣｂ
，、ＪＩＴ．， …
一
．
Ｌ：
“
ＣＶＤｓ，ＶＤ６
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ＩＧＢＴ。、ＩＧＢＴ的并联电容Ｃ、Ｃ和变压器一

电流模式控制移相全桥零电压软开关(ZVS)DC-DC功率变换器

引言随着计算机与通信技术的飞速发展，作为配套设备的开关电源也获得了长足进步，并随着新器件、新理论、新电磁材料和变换技术以及各种辅助设计分析软件的不断问世，开关电源的性能不断提高。

本文介绍一种新型的高频DC/DC开关变换器，并成功地应用在军用充电机上。

DC/DC变换器主电路改进型移相全桥ZVS DC/DC变换器主电路结构和各点波形对照如图1、图2所示。

由于电路工作状态在一个周期内可以分为两个完全一样的过程，所以以下仅仅分析半个周期的情况，而这半个周期又可分为以下三种开关模态。

● 开关模态1，t0<t<t1，其中t1=DT s/2此时Q1和Q4同时导通，变压器副边电感L1和整流管D S2导通，原边能量向负载端传递。

此模态的等效电路见图3。

其中，a为变压器变比，V in是直流母线电压，I1和I2分别是电感L1和L2电流(L1=L2=LS)，此时有等式（1）成立。

(1)(2)I p(t)=aI1(t)(3)当Q4关断时该模态过程结束。

● 开关模态2，t1<t<t2，其中t2≤T s/2在t1时刻关断Q4，此时副边电感L1中储存的能量给Q4电容(或并联电容)充电，同时将Q3两端电容电荷放掉。

为了实现软开关，Q4关断和Q3开通之间至少要存在一死区时间Δt1，使得在Q3开通前D3首先导通，且有下式成立。

I p1Δt1=2C eff V in(4)其中C eff是开关管漏源两端等效电容，I P1为t1时刻变压器原边流过电流。

当D3导通后，变压器副边两个二极管D S1和D S2同时导通，电路工作在续流状态。

此时等效电路如图4所示。

此时有如下电路方程成立。

(5)(6)(7)(8)r t=r mosfet+r xfmr (9)其中D为脉冲占空比，f S为电路工作频率，L’ik为主边变压器漏感(或与外接电感的串联值)，rt是变压器原边等效电阻，τ是原边等效电流衰减时间常数，Vfp是反并联二极管导通压降。

一种带辅助桥臂的移相全桥软开关变换器分析

输出功率，通常采用ＩＢＧＴ作为开关器件。与ＭＯＳ管相比，ＢＩＴ工作频率不能太高，区时间较长。Ｇ死为实现滞后管的零电压开通（Ｖ）要求谐振电感储ＺＳ．能大．成变压器漏感或串联电感取值大．造次级占空
比丢失严重，流损耗加大了在较小的谐振电感环为
换器结构。它在传统移相全桥软开关变换器的基础上增加了由一个电感厶和两个开关管ＶＶ构Ｓ。Ｓ，
成的辅助电路。
：
ｌｐ
Ｌ为变压器漏感；ｓ，Ｓ为滞后桥臂开关管Ｖ，Ｖ
ｃｎｅｅｔａａｌｌａｓｔｎｒｇ — ｇｉｒｓｎｅ．ｈｐｒｔｎｌｐｎｉｌ，ｏｒｗｓａｅａｄｃｎｒｌｍｅｈｄｏｏｖｒｒｗｉｐｒｌｓｉａｔｂｄｅｌｓｐｅｅｔｄＴｅｏｅａｉａｒｃｐｅｐｗｅａｔｇｎｏｔｏｔｏｆｔｈｅｓｉｅｏｉ
ｌｇｉｇｓｔｈｓｏｈｉｕｔａｅａａｙｅ．ｈａｃｌｔｎｆｍｍｌｆｔｅｐｒｍｅｅｓｏｓｉｔｎｒｇ－ｇｉｐｅｅｔｄａｇｎｗｉｅｆｔｅｃｒｉｒｎｌｚｄＴｅｃｌｕａｉｏｃｃｏａｏｈａａｔｒｆａｓｓａｔｂｄｅｌｓｒｓｎｅ．ｉｅＴｅｅｐｒｎａｅｕｔｐｎａｌＷｎ６７ｋｒｔｔｐｎｉａｅｔａｈｎｌｓｓｉｃｒｅｔｈｘｅｉｍｅｔｌｓｌｕｏｒｓｋａｄ１．Ｈｚｐｏｏｙｅｉｄｃｔｔｅａａｙｉｓｏｒｃ．ｈｔＫｅｗｏｄ：ｏｖｒｒｏｏｏｙ；ｐａｅｓｉｅｌｂｉｇ；ｓｆｓｔｈｎｙｒｓｃｎｅｔ；ｔｐｌｇｅｈｓ —ｈｆｄｆｌｒｅｏ・ｗｉｉｇｔｕ — ｄｔｃ

基于移相全桥软开关技术的应用

基于移相全桥软开关技术的应用引言随着科技的发展，电力电子设备不断更新，电源称为了现代工业、国防和科学研究中不可缺少的电气设备。

为了触发、驱动开关变换器的功率开关管，研制适应越来越高性能要求的开关电源，近年来出现了PWM（脉宽调制）型变换器。

PWM技术应用广泛，构成的变换器结构简单，它对常用的线性调节电源提出挑战，在减小体积的同时获取更大的功率密度和更高的系统效率[1,2]。

为了拓展开关电源的应用场合，电源工作频率逐渐提高，高频化成为其重要发展方向，同时也是减小开关电源尺寸的最有效手段。

然而高频PWM变换器在传统硬开关方式工作下，功率管损耗较为严重，系统效率不高，随着开关频率的逐步提高，损耗相继增大[3,4]。

为此，必须采取措施以提高高频开关变换器的效率，人们研究了软开关技术，除了减小开关损耗外，软开关技术应用还大大降低了开关噪声、减小了电磁干扰。

软开关技术概况及发展目前广泛应用的DC-DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。

所谓“硬开关”是指功率开关管的开通或者关断是在器件上的电压或者电流不等于零的状态下进行的，即强迫器件在其电压不为零时开通，或电流不为零时关断。

调高开关频率是开关变换技术的重要的发展方向之一。

其原因是高频化可以使开关变换器的体积、重量大为减小，从而提高变换器的功率密度。

为了使开关电源能够在高频下高效率的运行，高频软开关技术不断的发展，所谓“软开关”指的零电压开关（Zero Voltage Switching, ZVS）或零电流开关（Zero Current Switching, ZCS）[5]。

它是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断；或者电压为零时，使器件开通，实现开关损耗为零。

再加入一些说明移相全桥DC-DC技术传统的全桥（full-bridge简称FB）PWM变换器适用于输出低电压、大功率的情况，以及电源电压和负载变流变换大的场合。

移相全桥软开关变换器拓扑分析

2005年12月重庆大学学报(自然科学版)D ec.2005第28卷第12期Jour nal of Chongqi n g U niversity(Nõt u rõl Sc ience Ed ition)V o.l28No.12文章编号:1000-582X(2005)12-0027-05移相全桥软开关变换器拓扑分析*陈柬,陆治国(重庆大学电气工程学院,重庆400030)摘要:移相全桥软开关变换器从基本的移相全桥(FB)零电压(Z VS)脉宽调制(P WM)变换器,发展到移相全桥零电压零电流(ZVZCS)P WM变换器,及移相全桥零电流(ZCS)P WM变换器,进而又产生一系列其它新型的移相全桥电路,构成了这一类很具有发展和应用前景的变换器.比较分析了上述3类主要的移相全桥软开关变换器的拓扑结构、工作特点和各自的优缺点.改进的FB-Z VS-P WM变换器扩大了滞后臂Z VS负载范围.FB-ZVZCS-P WM变换器解决了滞后臂软开关负载范围问题,滞后臂较适合用绝缘栅极双极型晶体管(I G B T).FB-ZCS-P WM变换器可以实现各个功率管的ZCS,更适合大功率场合.关键词:移相;零电压开关;零电流开关;零电压零电流开关;变换器中图分类号:TM910.1文献标识码:A移相P WM控制方式是近年来在全桥变换电路中广泛应用的一种软开关控制方式.这种控制方式实际上是谐振变换技术与常规P WM变换技术的结合.移相全桥软开关电路有效降低了电路的开关损耗和开关噪声,减少了器件开关过程中产生的电磁干扰,为变换器装置提高开关频率和效率降低尺寸及重量提供了良好的条件.同时,还保持了常规的全桥P WM电路中拓扑结构简洁,控制方式简单,开关频率恒定,元器件的电压和电流应力小等一系列优点.1移相FB-Z VS-P WM变换器1.1基本的移相FB-ZVS-P WM变换器移相全桥零电压P WM软开关的实际电路如图1所示[1-3].图1基本的移相FB-ZVS-P WM变换器图2是Q1~Q4的开关控制波形.与常规的全桥P WM相比,移相式FB-Z VS-P WM变换器具有明显的优势.利用变压器漏感和开关管的结电容谐振,在不增加额外元器件的情况下,通过移相控制方式,实现了功率开关管的零电压导通与关断,减小了开关损耗,降低了开关噪声,提高了效率,减小整机的体积与重量.其主要缺点为:滞后臂开关管在轻载下将失去零电压开关功能;原边有较大环流,增加了系统的通态损耗;存在占空比丢失现象[3-8].图2开关控制波形1.2串联饱和电感的改进拓扑在变压器初级串联饱和电感L r的方案中[9],利用L r的临界饱和电流特性及储能,来扩大Z VS的负载范围,提高轻载时的输出效率.与图1所示变换器相比,它具有明显的优势:有效扩大了零电压开关负载范围,*收稿日期:2005-08-10作者简介:陈柬(1981-),女,河南南阳人,重庆大学硕士,主要从事电力电子与电力传动方向的研究.保持了最小的环流能量,减小了导通损耗;减小占空比丢失;改善了输出电压调节特性;减小了副边整流二极管结电容的寄生振荡.1.3输出滤波电感参与谐振的改进拓扑这种电路在滞后臂开关管进行状态转换的短暂期间,使副边整流二极管不能同时导通,则输出滤波电感可被用来参与谐振.与基本的移相式FB-ZVS-P WM 变换器相比[9],它具有如下特点:输出滤波电感具有很大的数值,可以存储很大的磁场能量,从而大大扩展滞后臂开关管零电压开关负载范围;减小占空比丢失;输出电压可以通过变压器副边调节,原边保持恒定的占空比,从而可以加快系统的动态响应,简化了控制电路,无需考虑原副边的隔离;饱和电感使副边整流二极管结电容的寄生振荡可忽略不计,副边可以不考虑缓冲器的设计.1.4有源钳位型改进拓扑针对高压大功率场合整流管的寄生电容与变压器漏感相互作用会导致整流管输出电压产生过冲及振荡现象的问题,常用的抑制方法有整流管两端并联阻容吸收回路,采用无源钳位吸收电路,或使用低漏感变压器及谐振电感等,存在的问题是吸收电路损耗大、影响效率,或者能抑制电压过冲但无法完全消除振荡现象.文献[9]提出一种在整流管输出端并联有源钳位吸收电路的方法,不仅能有效抑制整流管电压过冲和振荡现象,而且钳位回路本身损耗很小,变换器具有较高效率.1.5增加辅助电路的改进拓扑这种电路的基本方法是,给滞后臂并联一个辅助谐振电路,利用辅助电路中的电感帮助漏感实现滞后臂开关管的ZVS.此种方法在三相电压型逆变器设计中是最常用的软开关手段之一.1.6其它改进拓扑将一个续流二极管增加到输出端,并且在原边增加由电阻、电容组成的吸收电路[10],如图3所示.在变换器的钳位续流期,大部分电流经过外加续流二极管,降低了输出滤波电感电流对原边的影响.但是,外加续流二极管并不影响移相臂的/线性0切换,这是因为在外加续流二极管导通之前,移相臂的线性切换已经完成.外加二极管的作用就是消除移相臂切换行为发生后的输出滤波电感对原边的反射,降低了钳位续流期间原边电流的短路效应,减少了环流期间的导通损耗,提高了能量的传输效率.在变压器原边增加由电阻、电容组成的压吸收电路使电流尖峰得到了明显的抑制.图3增加吸收电路和续流二级管的变换器另外,文献[11]介绍了利用能量恢复缓冲器的软开关变换器.2移相FB-Z VZCS-P WM变换器近年来I G BT得到了迅速的发展及广泛的应用,由于它具有较高的耐压值,较低的通态损耗,较大的功率密度和较低的成本,更适用于大功率场合[12-15]. FB-ZVZCS-P WM变换器就比较适合I GBT.2.1饱和电感型FB-ZVZCS-P WM变换器如图4所示,这种在变压器初级串联隔直电容及饱和电感作为反向阻断电压源,来复位初级电流的方案[13,16-17],拓扑结构简单,实现了有效的软开关特性,电路中的占空比丢失几乎可以忽略.但由于实际运行中饱和电感上有很大损耗,饱和电感磁芯的散热问题是一个很需要解决的问题.图4全桥ZV ZCS-P WM变换器2.2有源钳位型FB-ZVZCS-P WM变换器在整流管输出端并联有源钳位电路,作为反向阻断电压源来复位初级电流.钳位电路不仅对整流电压起钳位作用,同时也为滞后桥臂功率管创造了ZCS条件[18].不足之处是需使用额外的有源开关,降低了输出效率.2.3辅助电路型FB-ZVZCS-P WM变换器采用变压器辅助绕组和辅助电路来使初级电流复位,优点是辅助电路中没有耗能元件,整流管电压应力和初级环流均较小,不足之处是辅助绕组的参数设计比较复杂[19].2.4复合型FB-ZVZCS-P WM变换器文献[20]提出在变压器次级采用耦合输出电感及辅助电路使初级电流复位的方案,没有耗能元件或有源开关,环流可以保持在最小值,辅助电路中的整流28重庆大学学报(自然科学版)2005年管通过谐振可以实现/软换流0[20].比较分析上述几种变换器拓扑,文献[20]提出的方案较易于工程实现,有较大的实用价值.2.5 其它FB -Z VZCS-P WM 变换器图5是一个带能量恢复缓冲器的FB -ZVZCS-P WM 变换器.利用一个能量恢复缓冲器,来代替附加抽头式电感和饱和电抗器,以减小电流应力.变换器可以减少惯性间隙的环路电流.使用简化的能量缓冲器可以使环路电流和次级暂态过电压最小化.图5 其它FB-ZV ZCS-PWM 变换器能量恢复缓冲器和输出电感L f 一起减小了环路电流.缓冲二极管D s 4和输出电容C f 连在一起用于对从次级电压V T 2到输出电压V 0的缓冲电容电压V cs 2钳位[21].因此,简化的FB -Z VZCS-P WM 变换器可以减小次级的暂态过电压和环路电流.这个简化的缓冲器也把开关损耗恢复到负载.3 移相FB-ZCS-P WM 变换器图6是一种电流源型FB -ZCS -P WM 变换器[22],其外特性与升压电路(Boost)一样,L b 是升压电感,C r 是谐振电容.变换器采用移相控制,Q 3和Q 4的驱动信号分别超前于Q 1和Q 2.同一桥臂的上下两管之间有一个重叠的开关时间,用来创造零电流开关条件.它的特点是:1)输出整流管自动实现ZVS 和ZCS 换流;2)采用固定频率控制和移相P WM 控制技术;3)在实现ZCS 的同时,变换器能保证较宽的负载调节范围;4)如果将升压电感移到交流电压输入侧,则可以实现单级功率因数校正(PFC).但是对电路参数的要求很严格,如果保护措施不当,很容易产生过压而损坏开关管.图6 电流源型FB -ZCS-P WM 变换器图7介绍了一种电压源型的FB -ZCS -P WM 变换器,存在的问题是:所选用的辅助管额定功率必须与初级开关管相当,增加了成本.图7 电压源型FB -ZCS-P WM 变换器4 其它新型移相全桥电路4.1 半桥和全桥组合的电路拓扑主电路如图8所示,该电路是由一个半桥部分和一个全桥部分组合而成.开关管Q 1、Q 2以及变压器T 1构成半桥部分;开关管Q 1、Q 2、Q 3、Q 4和变压器T 2构成全桥部分.Q 1、Q 2是共用的开关管.2个变压器的副边电压经叠加、整流后输出给负载.整流输出端并有二极管D 9用于输出电流的续流;还有由C Z 、D Z 1、L Z 、D Z 2构成的钳位电路用于减小占空比的丢失.电路采用移相控制策略,可以实现输出电压控制.图8 主电路原理图这种电路克服了传统的移相全桥的缺点,大幅度的扩大了负载的适用范围,即使在轻载的工作环境下也能实现4个主开关管的软开关,实现了真正意义上的全程ZVS .同时副边钳位电路的存在,也减小了占空比的损失[23].4.2 带抽头电感的软开关FB-P WM 变换器在变换器拓扑里利用一个抽头电感滤波器,扩大了软开关负载范围.而没有使用附加的谐振电路和(或)辅助开关器件,就可以大大减小电路中的环流量[24].如图9所示,抽头电感滤波器用在变换器输出端,在很宽的负载变化范围下实现软开关.它的作用相当29第28卷第12期陈柬,等: 移相全桥软开关变换器拓扑分析于无源钳位元件整流电压当悬空时钳位在正极.因此,整流二极管(二者之一)就反向偏置,输出电感电流流过悬空端的悬空二极管D 7.于是通过变压器和初级电路的环路电流就得到了抑制.开关Q 3开通时工作在ZVS 和ZCS 状态,关断时工作在ZVS 状态;Q 4开通和关断时都工作在ZCS 状态.图9 带抽头电感的软开关PS-P WM 变换器4.3 隔离交错的移相ZVS-P WM 变换器为了实现高容量的功率密度,低的电磁干扰(E M I)和低成本,介绍一种新型隔离交错的移相ZVS-P WM 变换器.它由2个半桥组成,不用辅助电路即可实现ZVS[25].如图10所示,有并联型和串联型2种.变压器T 1和T 2具有相同的变比,并考虑励磁电感和漏感.通过变换器2个支路之间的电压移相而控制功率传输,每个支路工作半个周期.在这种方式下,就可以保证高频变压器的退磁.通过分析移相控制的一个周期的工作状态,以看出开关控制是交错式的.除此之外,所有的开关管都可以工作在ZVS.图10 移相ZVS-P WM 变换器5 结论移相FB -ZVS-P WM 变换器适合于高频、大功率、开关器件采用MOSFET 的应用场合.但副边存在占空比丢失,具有大的导通损耗,归根结底是因为电路拓扑,开关管选型,电路参数匹配,控制方式等方面存在不足,这是以后深入研究的方向.移相FB -Z VZCS -P WM 变换器更适用于大功率场合,比较适合I GBT .移相FB-ZCS-P WM 变换器比前二者具有更好的应用前景,但目前尚处于研究阶段.其它新型电路都有其各自突出的特点,具有很大的实际用途.参考文献:[1] 杨旭,赵志伟,王兆安.全桥型零电压软开关电路谐振过程的研究[J].电力电子技术,1998,35(3):36-39.[2] 刘宁庄,伟力.移相控制全桥变换技术的理论分析与计算机仿真[J].现代电子技术,2002,(10):100-101.[3] AYDE M I R M T,BENDRE A.A Cr itical Eva l uati on of H i ghPo w er H ard and Soft S w itched Iso l ated DC -DC Converters[J].IEEE T rans P E ,2002,17(7):1138-1345.[4] FUENTES R C,H E Y H L .A F a m ily o f So ft -s w itch i ng DC -DC P o w er Conve rters to H i gh Pow er A ppli cations[J].I EEE T rans P 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:Phase -sh ifted f u l-l bri d ge (FB )sof-t s w itch i n g converters are develop i n g for m t h e basi c phase -shifted FB -ZVS -P WM converter to phase -shifted FB -Z VZCS-P WM converter and phase -shifted FB -ZCS -P WM converter ,to a seri e s o f the other ne w phase -shifted f u l-l bri d ge circuits ,wh ich m ake up o f the converters w ith deve lopm enta l and usefu l foreground .The topo logy structures ,operati o n characteristics ,as w ell as their m er its and de m erits are co m pared and analyzed .The i m pr oved phase -shifted FB -Z VS-P WM converter en lar ge the l o ad range o f Z VS i n lag -ar m .Phase -shifted FB -ZVZCS -P WM converter so lves the prob le m m entioned above ,and i n su lated gate bipo lar transistor (I GBT)is fit for the lag -ar m .Phase -sh ifted FB -ZCS -P WM converter cou l d ach ieve ZCS i n every po w er tube ,and is used i n h i g h -po w er occasion .W hat .s m ore ,the deve l o p m enta l trend of sof-t s w itch i n g converti n g technic w ithou t resonance net w o r k i s po i n ted ou.t K ey words :phase -shifted ;zero -vo lta ge -s w itc h i n g ;zero -curren-t s w itchi n g ;zero -voltage and zero -current s w itc h i n g ;converter(编辑李胜春)31第28卷第12期陈柬,等: 移相全桥软开关变换器拓扑分析。