,1带饱和电感的移相全桥零电压开关PWM变换器
移相全桥zvs pwm变换器比较
11
基本移相控制变换器工作过程： 12种工作模式（5）
Q1
Q1 Vin Q3 D1
Q3 Q2 I2
Q1 Q4
A
C1
Q2
D2
B
C2
D3
C3
Q4
D4
C4
ip vAB
Q4 I1
Llk DR 1
Lf RL0Βιβλιοθήκη Cfvin v in
DR 2 TR (e) [t 3 , t 4]
v rect 0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 V in/ K t6 t7 t8 t9t 10t11 t 12t 13
14
超前桥臂实现ZVS
超前桥臂容易实现ZVS，输出滤波电感Lf 与谐振电感Lr串联，此时用来实现ZVS的 能量是Lf和Lr中的能量。一般来说，Lf 很大，在超前桥臂开关过程中，其电流 近似不变，等效于一恒流源。为了实现 超前桥臂的零电压开通，必须使Q1和Q3驱 动信号的死区时间满足以下关系：
Vin (C1 C3 ) 4 NCoss Vin Td ( lead ) Ip I zvs
8
基本移相控制变换器工作过程： 12种工作模式（2）
Q1 Vin Q3 D3 D1
A
C1
Q2
D2
B
D4
C2
Q1 Q4 I1
Q3 Q2 I2
Q1 Q4
C 3
Q4
C 4
ip vAB
Llk DR1
Lf
0
Cf RL
vin v in
DR 2 TR (b) [t 0 , t1]
v rect 0 t0 t1 t2 t3 t4 t5 V in/ K t6 t7 t8 t9t 10t11 t 12t 13
一种新型零电压零电流开关移相全桥变换器
全 桥 变 换 器 拓 扑 是 目前 Ｄ ／ 变 换 器 中最 常 ＣＤＣ
滞 后桥 臂轻 负 载时 的零 电压开 通 和重负 载 时的零 电流开 通 ． 电感 和 电解 电容 Ｃ 、 ２ 。 Ｃ 是辅 助 电路 的主要 组成 部 分 ．
用 的电路 拓扑 之一 ， 是 应用 最广 泛 的全桥 移 相 也 变换器 ． Ｊ目前采用的有限双极性控制方式的Ｚ Ｚ Ｓ Ｖ Ｃ
２ 稳 态分析
图２ 为新 型 Ｚ Ｚ Ｓ 相 全桥 变换 器 的工作 波 Ｖ Ｃ 移 形 ．为 了分析 稳定 状态 时 变换 器 的工作 过程 ，假 设 ： 所 有 开关管 ， ① 二极 管均 为无 损 耗理 想器 件 ； ② 所 有 电感 、电 容 和 变 压 器 均 为 无 损 耗 理 想 元 件 ；③ Ｃ ＝Ｇ： ：Ｇ， ＝Ｃ ， ８＝ ＝Ｃ ；④ ２ ＝ ｓ Ｃ ａ 个变 压器 的转换 比、 磁 电感和 漏感 相 同 ， ： 励 即
摘
要 ： 了解 决传 统 零 电压 零 电流 开 关 （Ｖ Ｃ ） ＷＭ Ｄ ／ 为 Ｚ Ｚ ＳＰ ＣＤＣ变换 器 滞后 桥 臂 零 压 范 围较 小 、 流 损 耗 环
大 的 问题 ， 用 串联 双 变压 器 、 后 桥 臂 带辅 助 网络 和 倍 压 整 流 电路 ， 出 了一 种新 型零 电压 零 电 流移 相 全 桥 采 滞 提 变换 器． 先 分析 了变换 器在 稳 态下 的各 种 工 作 状 态 ， 出 了相 关计 算 公 式 ， 制作 了一 台 实验 样 机 进 行 原 理 首 给 并 验证． 实验 结 果 表 明 ： 变换 器 能 够在 较 宽 的 负载 范 围 内 实现 滞后 桥 臂 的 零 电压 开通 ， 载 下 实现 零 电流 开通 ， 该 重
从 而极 大地 降 低 高频 电路 初 级 开 关 损 耗 和 次 级 电磁 干 扰 ．
基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器
基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥DC-DC变换器马骜;黄铂;王朋【摘要】零电压电流开关(ZCZVS)控制的DC/DC变换器在中大功率应用场合应用逐渐广泛,其较宽的开关范围及较低的损耗等优点令人瞩目.本文介绍了基于饱和电抗器的ZCZVS移相全桥的工作原理及基于UC3875的移相驱动和控制系统,并用该芯片完成一台输出50V/20A的ZCZVS移相全桥DC/DC变换器的样机设计,给出了电路主要参数的设计和初步的实验结果.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)009【总页数】4页(P173-176)【关键词】饱和电抗器;移相全桥;直流-直流变换器;零电压电流开关【作者】马骜;黄铂;王朋【作者单位】武汉科技大学城市学院,湖北武汉430083;武汉大学湖北武汉430072;武汉大学湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TN709直流电源在许多场合都发挥着重要作用，作为直流电源的一个重要环节，DC/DC 变换器的性能很大程度上决定了直流电源的成本和可靠性。
DC/DC变换器有多种结构，根据电源的功率需求，选择合适的变换器拓扑结构。
基本DC/DC变换器（如：Buck、Boost、Buck/Boost、Forward 等变换器）只应用在小功率场合，而在中大功率场合，一般采用半桥或全桥变换器。
全桥变换器是一种先经DC/AC高频逆变，再经AC/DC不控整流的两级DC/DC变换器。
高频变压器把直流负载与交流电网隔离，高频变压器输出侧直流LC滤波器重量和体积不大，输出直流电压纹波小，动态特性好，全桥变换器已成为较大功率DC/DC变换器的最佳技术方案之一[1]。
经过几十年的发展，在中大功率应用中，移相全桥软开关DC/DC变换器逐渐成熟，已成为DC/DC变换器的主流，与其他DC/DC变换器相比，移相全桥软开关拓扑结构充分利用了电路本身的寄生参数，通过控制PWM脉冲的相位使开关管工作在软开关状态，降低了开关损耗，提高了变换器的效率。
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
一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器
2010年3月电工技术学报Vol.25 No. 3 第25卷第3期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Mar. 2010一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关PWM变换器张欣陈武阮新波（南京航空航天大学航空电源航空科技重点实验室南京 210016）摘要提出了一种辅助电流可控的移相全桥零电压开关(Zero-Voltage-Switching, ZVS) PWM 变换器，它在传统全桥变换器的基础上加入了由电感和开关管构成的辅助网络，从而可以在宽电压输入和全负载范围内实现一次侧开关管的ZVS。
和传统的ZVS技术相比，该变换器实现滞后桥臂ZVS的辅助能量是受负载电流控制的：辅助电感的电流值随着负载电流值的变化而变化，使得变换器在全负载范围内不但实现了滞后桥臂ZVS，还明显减小了辅助网络的导通损耗，优化了电路效率。
本文阐述了电路的工作原理，详细地讨论了辅助网络的参数设计，并通过一台1kW/54V，100kHz的样机进行了实验验证。
关键词：全桥变换器 软开关 零电压开关 辅助电感中图分类号：TM46A Novel ZVS PWM Phase-Shifted Full-Bridge ConverterWith Controlled Auxiliary CircuitZhang Xin Chen Wu Ruan Xinbo(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjing210016China) Abstract A novel PWM phase-shifted full-bridge converter with controlled auxiliary circuit is proposed featuring zero-voltage-switching (ZVS) of active switches over a wide range of input voltage and output load. In contrast to conventional techniques, the current through the auxiliary inductor of the proposed converter is controlled by the load current. Therefore, the ZVS operation over the wide conversion range is achieved without significantly increasing full-load conduction loss. The principle of the operation is described and the consideration in the design of auxiliary circuit are discussed.Performance of the proposed converter is verified with experiment results on 1kW, 100 kHz full-bridge converter.Keywords：Full-bridge converter, soft-switching, zero-voltage-switching, auxiliary inductor1引言目前很多行业标准（如“能源之星”标准）都从节能的角度对变换器效率提出了严格的要求，希望变换器在整个负载范围内，尤其是在轻载时仍可以高效工作[1]。
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
PWM变换器的技术知识
PWM变换器的技术知识移相全桥零电压开关(ZVS)PWM变换器已广泛应用于大功率开关电源中，它保持了准谐振电路开关损耗小、工作于固定开关频率的优点，且与普通硬开关全桥电路相比，仅增加了一个谐振电感。
在换流时利用谐振实现开关器件的ZVS，消除了开关损耗，提高了电路效率，使电路能工作在更高的频率[3]。
移相全桥ZVS PWM变换器只能在有限的负载范围内实现所有开关器件的ZVS。
要在大的负载范围内实现所有开关器件的ZVS，可在变压器原边串联一个大电感，或增加变压器漏感，或外接一个电感。
电感的增加对变换器性能有相当大的影响，会引起占空比的丢失。
同时，输出整流管存在反向恢复过程，在输出整流管上产生电压尖峰和电压振荡[4]。
在变压器副边加无源RCD缓冲器或在原边加两个箝位二极管和一个谐振电感可解决副边整流管上存在的电压振荡，但都无法解决占空比丢失的问题。
国内外学者提出了一些电路拓扑，利用储存在辅助电路电感中的能量来实现原边所有开关管的ZVS，不仅减少了占空比丢失和抑制了输出整流管上的电压尖峰和电压振荡，且能在更宽的负载范围内实现所有开关管的ZVS。
文献10提出了一种新的移相全桥变换器拓扑结构(如图1)。
该拓扑结构解决了硬开关全桥电路输出整流管上存在电压尖峰和电压振荡的问题，减少了占空比丢失，能在全负载范围内实现所有开关器件的ZVS，并能根据负载情况自动调节由辅助电路供给的能量。
但存在如下缺点：在续流期间，电路中环流非常大，损耗严重，降低了变换器效率。
最大程度减轻了存在的环流问题。
2改进后的拓扑结构介绍2.1与原电路拓扑结构的比较改进后的拓扑结构如图2所示。
与原电路拓扑结构的不同之处：在变压器TRA与变压器Tk的连线上加了一个双向开关Q1和相应的驱动电路。
控制电路根据检测到的负载电流的大小做出相应的决策：(1)当负载电流大于滞后桥臂实现ZVS所要求的值时，不会控制双向开关Q 导通。
D和Df，不会在续流期间导通，避免不必要的能量损耗。
开关电源19、移相控制零电压开关PWM变换器
KUo + Vr
电压 调整 器
Uo Vi+ 电流 调整 器
VE
驱动
全桥变换 器
负 载
BIo1
B 电流 调整 器
Io1
全桥变换 器
+ -
VE
驱动
BIo2
B
Io2
5、通信接口 多台设备之间的通信由DSP内置的CAN模块经CAN收发器完成，CAN总 线是一种有效支持分布式控制的现场总线，它传输数据可靠，并且有 很好的误差检测机构。多台设备经过CAN总线连接，构成了一个小型 的局部网络。每台设备还留有232和485串行接口，以便将来能够与工 业控制机(上位机)相连接，实现遥控、遥测和遥显的功能。
a
1
b c
L2 C1
C3 C2 C4 C5
Q1
Q3
Q2
Q4
Cb Tr Lr L0 C0 负 载
3、控制电路硬件结构 DSP核心控制器采用美国德州仪器公司（Texas Instruments）开发的 DSP芯片TMS320LF2407，其运算速度快（40MIPS 即4千万次指令/每 秒），能够对多路电压、电流输入信号进行实时处理。主要特点为： l 控制功能强大、集成度高，能够使控制系统设计结构紧凑，有利于提 高系统的可靠性； l 运算速度快，事件管理能力强，内含16通道的数模转换电路，可以实 时处理16路输入信号，实现复杂控制功能； l 具有丰富的通信接口（SCI 标准232串口、SPI高速串行接口、CAN总 线），可以与上位机进行通信，实现在线参数修改、参数实时显示、 运行状态指示以及运行状态记录等功能； l 具有64位加密位，可以对芯片进行加密，防止非授权用户对芯片进行 非法操作，增加了安全性。
备 注
boost升压电路(论文)
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( 电力电子技术} 0 0年第 2期 202 0 . 004推挽隔离式 B O T变换器的分析与研究 O S/ A a sadR sac IP s—u o tdB s 0 vr r n l n eerhO uhp l I l e O. T c n et Ⅷi 1 ls a e/挥戢鞴釉加f摘要: 研究了推挽隔离式 B OS O T变换器. 论上分析了连续模式下的推挽隔离式 BX S 理 () T电路的一些主要性质.理论和实验都表明, 在低电压输入 , 较大功率输出的变换器中. 该电路具有实用意义.Ab ta t Ths p p rd s r e h e ~r h o u h p l ioa e OOS c n e r f m c u p l a in o f sr c : i a e e ci s t e rs c fp s - u l s ltd B b T x v ~e r 3 o a t M a pi t S me o c o i ot n r p r i n p o o e ~ r e Ll r i g i e u n e - te & e a My e e r n x e i n ~ r s l mp ra t o e t s o r p s d 3 v r -wo kn n s q e c d p tr r n z d Th o y a d e p r p e l c a n me t e u t s1 引言() t～t 时间内,2时刻 V 3在 2 3 t 2再次导通 ,目前讨论较多的" 高频链 " 技术 _或高频隔离技储存能量 . 1 () t～f 时间内,3 4在 3 4 t 时刻 V 截止 ,】 u 1 e与术_ 都是通过前级高频隔离变换及变压器按一定 2, 2 _通过初级线圈 N 向次级传递能量 . 2 的匝比来满足后一级的解调输出电压的需要 .有叠加 , 整个工作过程是 : 存储能量一升压向变压器时, 在输入电压较低 ( 比如航空标准电源是 2 V) 功 7 ,率输出较大情况下 , 如果按 B K…变换器设计前次级输出传递能量一存储能量一升压向变压器 UC 级, 则初级开关器件的电流应力很大 , 开关电流冲击次级输出传递能量 .及开关损耗也较大 , 效率难以提高 .本文就是针对这种情况研究推挽隔离式 B O T变换器的一些性 O S质.f a )() b2 原理电路图 1 推挽隔离式 B OS 变换器的原理图. 是 O Tf) c为了求解方便 , 次级输出为直流 . 它与推挽隔离设式 B K 变换器不同的是多了一个升压电感 . UC图 2是开关管 v的驱动波形 , B K变换器与 UC不同的是, 两管驱动渡形占空比 D 都大于其5% . 0 一有一段公共导通部分 .图 2 主要波形3 简要理论分析以下分析均指流过 L 岫的电流连续的情况.3 1 电压增益 .图 1 原理电路由文献 [ ] 1及图 2可知 , 在储能阶段 , 占空其比为 :D2 D 一1 =2 () 1其工作原理是 : () 1 在 o 1 间内. V 均导通 .后面的～时 V 2分析将表明. 这段时间内变压器初级相当于短路 ,储能.电流连续时,△ l=l 且△与△ 2 l l △ 2, J 分别为 :=( ) t～f 时间内,1 2在 2 t 时刻截止 . 两端产生的感应电势与 u 叠加 , 通过初级线圈 N 向次级传递能量.Ai = 2譬 T( 1一D) T( 2 】() 3( 电力电子技术) 00年第 2期 20 式中 U 0 ——次级直流电压折算到初级时的半均电雎2 0 . 00 4L2 M L 代 ^ 式 ( J : 9得.等效电路如图 3 所示 , a 由式 ( ) ( ) 1 i i 2 ,3 及 A i = J il 2得到 : A U' o M ==( : )+f. f+ (. ) +f 1 + ) ( 0 1)1=() 4则初级电压与输出电压的增益为 :M : U. () 5由图 3 及关系式 U = U.( a 0 2 1一D) 得变压器初可级在传递能量时间内的峰值电压为 :Up = = () 6一z( ) 2f =f f+ 一f (. ) ( . ) r+由换路定理 :,( + =f (. ) 1 ) 2 + =10 + = 1f L( . )～( 1 1)() f: 加 )+In变压器次级线圈两端的峰值电压为 :) ( . ):(] 7图 3 在 t～t 时间内的等效电路 , 是 1 2 图中 R 为次级折算到初级的等效电阻, t 时刻 , 2 止, 设 l v 截 v 继续导通, 电路方程为 : 1 得图 3 B O T工作等效电路 O S加百( x U I- sL +~i( ) 2 ￡ =0式中 r =L/ R> 1 3 )3 2 初级工作电流电路工作过程分为两段 , 3 图 b为 0 t 时间～ 1内的等效电路 ( V1V 均导通 )设在￡时刻 u0 即 ,2 , 0导通 , 可得电路方程为 :(t + dt = u i j当开关周期远小于电路的电磁常数时, 1) 式(3写为 :L( ) t ) 一( 一U / f :i =f ( f .R )≤ 1(4 1)i( ) 2 t :od + dt = U . f1+ ' = 0… () 8根据式 (2,1 ) 1 )(4 得及 v1v2 电流变化曲 , 的线如图 2 , d所示. c2i i i 2= i L式中审. o =L iL ( l = LQ +L1 l ) 一肼 233 几点结论 . () 1 由式( ) 知变压器次级脉冲方波幅度随 D 5可变化 , 越大,D 脉冲越窄 , 出幅度越高, 输其输出功率审2 ( L∞ +L )z 2 i —Mi 1L-L ——变压器初级电感 ,z L j L.——初级蒲感 o, 2M ——互感系数按 fNj ][ .( 一 ] / [ N.· U/ 1 D) I R调节. ()UC 2 B K变换器的管峰值电流可用下式计算 :f P U. ) j( D ( D<05 ) (5 1) B OS O T变换器的开关器件的峰值电流可用下式计算 :f :[ 0 ( ) ( 一D) p P / U D ]1式中 P ——输出功率 o～设变压器严格对称绕制 , L =L =L, o = 即 1 2 L 1 L =LQ将上述参数代入式( ) : m , 8得.2 o+ L q十 L一 M ( L ～¨0 + , ) )一 .( D>0 5 .)( 6 1)2咎 ( 0 , ) L L …. ' 0 QLM …十十一 , 0 . 十2 0+ L 一 ,' 一 j — ! Q 十 L 一 M + I( . 一 I(. ) L t一) 1t+ O , 0() 9效率所以 ,O T变换器开关器件的电流应力要小 B OS 于 B K 变换器的开关应力 . UC() 3 由式 (2 可以看出, 1) 当开关管 v , 都导 1 又假定变压器是理想的, 为紧耦合 , L =0 L. 通时, 且即 , 变换器初级相当于短路 . 它是因为 L , 产 1k 推挽隔离式 B OS O T变换器的分析与研究2 v, =5 7 L. mH, 4 图 a为 Vlv2 开关管的电流渡 , 两生的磁通在磁路中相互抵消造成的. () 4 由图 2 ,d可以看出 , c2 开关管 v1 的开通形 , 图中可以看出两开关管工作在 B O T 升压 , 从 O S 冲击电流较小. 和推挽输出两种不同的状态时开关管电流应力分配4 实验结果图 4是所研制的某航空电源的实验波形 .状态 .图 4 的下图波形为电感工作在连续状态 b中下电流渡形. 上图是对应的一个开关管的电流波形, 图中可以看出. 从电感中的电流在开关管中得到了平均分配 .与图 3中理论分析的电流波形基本一5 格 mu致.参考文献5A/ 0 格1 李晓帆. 李善忠差频式高频链逆变电路华中理工大学学报 .9 82 (2 :0 5 19 .6 1 )5 ～52 张胜发 . P S wM 高频调制电路 [ 硕士论文空军雷达学院 .94 19 .5A 格 0/3 张占橙. 频开关稳压电源广州 : 东科技出版社, 高广19 9210 / 5A~r4 张占松, 蔡宣三开关电源原理与设计北京 : 电子工业出版社收稿日期 :990 — 1 9 .601图 4 实验波形主开关管采用 I B , 作频率为 2 k z U G T工 0H .作者简升范植 : 1 7 年 4月生 , 士研究生 . 研究方向为电力电于技采及电力拖动 . 男, 9 1 硕定稿日期 9 9 1 —0 1 9 —1 1( 接 1 上 4页)经实测 , 采用带饱和电感的移相全桥零电压开关P WM 变换器和采用传统电路时的整机电源在 2 %负载和 10 0 0 %负载时的效率如下表所示衰 1 整机电源效率() 5 由于饱和电感的饱和电流值不可能为零 . 空载时饱和电感没有进入饱和状态 , 电感量很大 , 滞后桥臂和超前桥臂开关管均处于硬开关状态.参考文献负载2 0%带饱和电感8 8% 6.传统电路83. 4%l Hu G. Ch . An I r v d F l B ig Z r - l g - a mp o e ul rd e - eo Vo t e a S th wi e PW M o v r e ig a S t r b eI d c o EEE cd C n e t rUsn a u a I n u t r I 1 0% 08 3 8. %8 8 5%5 结论T a o . . 9 3 8 4 : 3 ～5 4 r ~ nP E. 1 9 . ( ) 5 0 3 r2 h .G ae eo Vot eTrn io J Br g C oJ G I BT b sdZ r [ g a s in Fl1 i e a t 1 d PW M o v re o g o r Ap l a in I o C n et r fr Hi h P we p i t s EE Prc c o 与传统电路相比, 带饱和电感的移相全桥零电压开关 P WM 变换器有以下几个特点 : ()0 12 %负载时, 滞后桥臂和超前桥臂可实现零电压开关, 提高了效率 .Eet P w rA p 1 9 . 4 ( )4 5 8 . [ r o e p 1. 9 6 1 3 6 :7 ～4 0 c3 S ts JHa d a An lssa d De in o au a 1 Re co ao h me . a i n sg fa S t r 1 e y 0 atrA~i e S f—wi hn F lB ig DC/ C C n etr s d otS t ig ul rd e t c - D o vre I EE TrT . E . 9 4 9 3 :0 E a1 P s 1 9 . ( ) 3 9～ 3 7. 14 Ch .G .Z r- otg n oJ e V l ea d o a()0 %负载时, 2 10 占空比损失与 2 %负载时相 0 同, 并没有因为软开关范围的扩大而增加占空比损失.Bi e W M net o g o r p lai s IE r g d P o C vr ~f e r hP we A pctn E E i o Trm . , 9 6 1 ( ) 6 2～ 6 7. a P E 1 9 . 1 4 :2 2() 3续流期间环流能量大为减小.() 4 大大减小了次级二极管上由于初级电感和收稿日期 :9 90 — 1 1 9 —70 定稿日期 :9 91 —8 1 9 .2 2二极管结电容引起的寄生低频振荡 .作者简介李剑 : . 9 5 9月生 . 士生. 研究方向为电力电于与电力传动 . 17 年硕1。
带输出饱和电感的零电压开关PWM三电平直流变换器
第22卷第4期2003年10月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.22,No.4Oct.2003带输出饱和电感的零电压开关PWM 三电平直流变换器刘学超,张 波(华南理工大学电力学院雅达电源实验室,广东广州 510640)摘要:本文针对常规的零电压三电平直流变换器存在滞后桥臂全负载范围实现零电压困难,副边占空比丢失,输出二极管的寄生震荡及电压尖峰等问题,提出了输出带钴基非晶饱和电感的零电压三电平变换器。
实验样机表明,采用电流峰值控制后,能有效弥补传统零电压三电平不足,易于实现中大功率DC DC 变换。
关键词:饱和电感;零电压开关;三电平中图分类号:TM461 文献标识码:A 文章编号:1003 3076(2003)04 0073 04收稿日期:2002 12 16基金项目:广东省科技计划项目电力电子专项重点项目资助(2002A1050103)作者简介:刘学超(1977 ),男,贵州籍,博士生,主攻交直流开关电源;张 波(1962 ),男,福建籍,教授,博士生导师,主攻交直流电源及电机运行控制。
1 引言目前,在中大功率通信DC/DC 电源中,三电平直流变换器(Three Level DC/DC Converter)成为学者研究的热点[1,2],该拓扑使开关管电压应力为输入直流电压的一半,这在三相带PFC 输入的场合(输出直流电压一般为800~1000V)是一个极大的优势,它可使低压开关器件用于高压上。
实际上,三电平电路是半桥电路的延伸,但与半桥电路相比,三电平变换器巧妙结合移相电路的特点,利用变压器漏感(或外加谐振电感)和开关管的寄生结电容谐振实现开关管的ZVS 。
与传统的移相全桥ZVS 软开关一样,零电压三电平变换器滞后臂很难全负载范围实现Z VS,并且存在占空比丢失等问题。
针对ZVS 三电平电路不足,国内外学者提出了零电压零电流(ZVZCS)三电平变换器[3],其中两只实现开关管的ZVS,另外的两只实现开关管的ZCS 。
一种新型零电压、零电流全桥PWM DCDC变换器的研制.
江苏大学硕士学位论文一种新型零电压、零电流全桥PWM DC/DC变换器的研制姓名：凌俊杰申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：刘星桥20050611江苏大学硕士学位论文摘要移相全桥零电压、零电流（ＰＳ－ＦＢ．ＺＶＺＣＳＰＷＭ）变换器在原边电压过零期间复位原边电流，实现超前桥臂零电压开关，滞后桥臂零电流开关，从而克服了移相全桥零电压（ＰＳ．ＦＢ—Ｚｖｓ．ＰｗＭ）变换器的明显不足。
国内外先后提出了多种不同的拓扑结构，但都尚存在诸如：损耗增加、控制困难、制造工艺复杂等问题。
本文提出的一种利用耦合输出电感的新型次级箝位ＺＶＺＣＳ—ＰＷＭ变换器与目前各，中ｚｖｚｃｓ．ＰＷＭ电路拓扑相比较：采用了无损耗元件及有源开关的简单辅助电路；副边整流二极管的电压应力和传统的硬开关电路一样小；轻载时筘位电容的充、放电电流能根据负载情况自动调整，可保证在很宽的负载范围内变换器都有高效率；辅助回路二极管Ｄ可以实现软关断，因而反向恢复影响小。
论文分析了该新型变换器的工作原理，提出了参数设计依据，进而推导了变换器各种状态时的参数计算方程；运用Ｐｓｐｉｃｃ９．２电路专用仿真软件成功地对变换器工作特性进行了仿真，分析了各参数对变换器性能的影响，并得出了变换器的优化设计参数；最后研制出基于该新型拓扑的１千瓦移相控制零电压、零电流软开关电源，给出了其主电路、控制电路、保护电路及高频变压器等的设计过程，并在实验样机上测量出实际运行时的波形及变换器效率。
理论分析与实验结果证明：该变换器拓扑能在１／３负载以上范围内实现超前桥臂的零电压开关，在任意负载下实现滞后桥臂的零电流开关；在很宽的负载范围内都具有商效率：尤其适合以ＩＧＢＴ作为主功率开关管的高电压、大功率功率变换，具有广泛的应用前景和巨大的经济价值。
关键词：软开关零电压．零电流开关（ＺＶＺＣＳ）移相控制全桥变换器江苏大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＦｈａｓｅ—ｓｈｉｆｔｅｄｆｕｌｌ—ｂｒｉｄｇｅｚｅｒｏ・ｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｚｅｒｏ－ｃｕｒｒｅｎｔ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＺＶＺＣＳ）ＰＷＭｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅＺＶＳｒｅｓｅｔｓｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｃｕｒ／ｅａｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｒｅｅｗｈｅｅｌｉｎｇｐｅｒｉｏｄａｎｄｔｈｅＺＣＳｏｆｏｆｌｅａｄｉｎｇ－ｌｅｇｓｌａｇｇｉｎｇ・ｌｅｇｓ，ｗｈｉｃｈｏｖｅｒｃｏｍｅｓＳＯｍｅｏｂｖｉｏｕｓｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｐｈａｓｅ－ｓｈｉｆｔｅｄｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅｚｅｒｏ－ｖｏｌｔａｇｅ・ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＺＶＳ）ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ．ｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｔｏｒｅｓｅｔｐｒｉｍａｒｙｃｕｒｒｅｎｔｈａｖｅｓｏｍｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓｓｕｃｈ船ｌｏｓｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｎｏｌｏｇｙ，ｅｔｃ—ＡｎｏｖｅｌＺＶＺＣＳｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｗｈｉｃｈＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙｐｒｏｐｏｓｅｄｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆｎｅｉｔｈｅｒｌｏｓｓｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｎｏｒｕｓｅｓａｃｏｕｐｌｅｄｏｕｔｐｕｔｉｎｄｕｃｔｏｒ．ａｕｘｉｌｉａｒｙｃｉｒｃｕｉｔｔｈａｔｓｔｒｅｓｓｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ．ａｓｉｍｐｌｅａｃｔｉｖｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｉｓｕｓｅｄ．ＴｈｅｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｒｅｃｔｉｆｉｅｒｄｉｏｄｅｉｓｋｅｐｔａＳ．ｓｍａｌｌａＳ．ｔｈａｔｏｆｈａｒｄ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．Ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｔｏｃｈａｒｇｅｃｌａｍｐｉｎｇｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｉｓｓｅｌｆ－ａｄｊｕｓｔｅｄｏｖｅｒｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｌｏａｄａｔｌｉｇｈｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｇｕａｒａｎｔｅｅｓｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｗｉｄｅｌｏａｄｒａｎｇｅ．Ｄｉｏｄｅ现ｏｆａｕｘｉｌｉａｒｙｃｉｒｃｕｉｔｉｓｓｏｆｔｌｙｃｏｍｍｕｔａｔｅｄａｎｄｉｔ’Ｓｏｆｒｅｖｅｒｓｅｒｅｃｏｖｅｒｙｉｓｍｉｎｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｎｏｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒ－ｄｅｓｉｇｎａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｕｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｓａｔｐｅｒｆｏｒｍｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｓａｒｅｄｅｄｕｃｅｄ．ＡｓｉｍｕｌａｔｉＯｉｌ．ｉｓａｎａｌｙｚｅｏｎｔｈｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ’ＳｗｏｒｋｍｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｓｉｎｇＰｓｐｉｃｅ９．２，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ’ｅｆｆｅｃｔｓｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｏｂｔａｉｎｅｄ．ＯｎｅＩＫＷＺＶＺＣＳｓｏｆｔ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｂａｓｅｄｔｈｉｓｔｏｐｏｌｏｇｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｒｃｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｌａｓｔｌｙ，ｗｏｒｋｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｄｏｎａｎｄｈｉ曲。
移相控制零电压开关PWM变换器电流模式控制分析
移相控制零电压开关PWM变换器电流模式控制分析摘要：采用电流模式控制是移相控制零电压开关pwm变换器（ps-zvs-pwm变换器）实现稳压源控制的模式之一。
对该控制模式进行分析研究，并提出克服电流型控制模式主要缺点的方法。
关键词：ps-zvs-pwm变换器电流型控制分析研究1 概述电压型控制模式是传统的pwm开关稳压电源主要采用的控制模式，只对输出电压采样并作为反馈信号实现闭环控制，来稳定输出电压。
但仅采用电压方式稳压，有稳定性差，响应速度慢等缺点。
电流型控制器正是针对其缺点发展起来的。
它增加了一个电流环，很容易不受约束地得到完善的大、小信号特性和大的开环增益。
下面以ps-zvs-pwm变换器为例来分析研究其电流模式控制。
2 电流模式控制移相控制零电压开关pwm变换器利用变压器的漏感和功率管的寄生电容来实现零电压开关，是中大功率直-直变换场合理想的方式之一。
ps-zvs-pwm变换器实现的稳压源的控制模式有电压模式控制和电流模式控制，下面采用电流模式控制进行分析。
电流模式控制是指在电压环内增加了一个电感电流反馈的电流内环的双闭环控制系统。
其结构框图如图1所示[1]：图1 平均电流模式控制系统结构框图①电流控制器的设计[2，3，4]，这里简单取电流反馈系数kif=1，（s）对输出的传递函数gid（s）带入参数如式：g（s）= =（1）则电流内环的控制对象为2gid（s）。
控制目标是把内环变为一个快速跟随环节，电流环节开环bode图如图2所示：电流控制器采用pi调节器。
将pi调节器具体整定为：gacr（s）= （2）调整后的电流内环的开环传递函数的bode图如图3所示，其截止频率为1.26e4rad/sec，相角裕量为78.5deg；幅值裕量为inf。
②电压外环控制器的设计[2，3，4]，电流内环有很好的跟随性，因此在设计电压外环时可以把电流内环视为一个比例环节。
由于电流反馈系数kij=1，一次电流环节的比例增益为1。
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。
一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器
一种用耦合电感实现零电压零电流开关的移相全桥变换器张强;林维明;徐玉珍【摘要】In high voltage and large power applications, IGBTs are often chosen as power switches. Due to their tail currents, zero current turning-off can reduce switching loss effectively. A two-winding coupled inductor and two diodes are introduced to realize zero-voltage and zero-current switching ( ZCS ) for phase-shifted full-bridge converter. ZCS of the lagging-leg switches is achieved in wide load range. The added diodes are turned on and off with soft switching. The leakage inductor of the coupled inductor will not increase voltage stress of the added diodes. To reduce the impact of magnetizing current of the coupled inductor on ZCS, two small capacitors are paralleled with two diodes, respectively. Without increasing the size of the coupled inductor, the interval of the reset voltage is increased so that the lagging-leg switches can be turned off with ZCS in practice. The analysis is verified by simulation and experimental results on a 68 kHz, 100 V/10 A prototype. The results of simulation and experiment verify the validity of the proposed scheme.%在高压大功率场合，通常用IGBT 作为开关器件。
移相全桥零电压开关PWM设计实现
题目：移相全桥零电压开关PWM设计实现移相全桥零电压开关PWM设计实现摘要移相全桥电路具有结构简单、易于恒频控制和高频化,通过变压器的漏感和功率开关器件的寄生电容构成谐振电路,使开关器件的应力减小、开关损耗减小等优点,被广泛应用于中大功率场合。
近年来随着微处理器技术的发展，各种微控制器和数字信号处理器性能价格比的不断提高，采用数字控制已经成为大中功率开关电源的发展趋势。
相对于用实现的模拟控制，数字控制有许多的优点。
本文的设计采用TI公司的高速数字信号处理器TMS320F28027系列的DSP作为控制器。
该模块通过采样移相全桥零电压DC-DC变换器的输出电压、输入电压及输出电流，通过实时计算得出移相PWM信号，然后经过驱动电路驱动移相全桥零电压DC-DC变换器的四个开关管来达到控制目的。
实验表明这种控制策略是可行的，且控制模块可以很好的实现提出的控制策略。
关键词：移相全桥；零电压；DSPPhase-shifted Full-bridge Zero-voltage Switching PWM Designand ImplementationABSTRACTPhase-shifted full-bridge circuit has the advantages of simple structure, easy to constant frequency control and high-frequency resonant circuit constituted by the leakage inductance of the transformer and the parasitic capacitance of the power switching devices, to reduce the stress of the switching devices, switching loss is reduced,which widely used in high-power occasion. In recent years, with the development of microprocessor technology, a variety of microcontrollers and digital signal processor cost performance continues to improve, the use of digital control has become the development trend of the large and medium-sized power switching power supply. Relative to achieve analog control, digital control has many advantages. The design uses DSP ,the TI company TMS320F28027 series of high-speed digital signal processor, as the controller. The module through the sampling phase-shifted full-bridge zero-voltage DC-DC converter output voltage, input voltage and output current, obtained through real-time calculation of phase-shifted PWM signal phase-shifted full-bridge zero-voltage DC-DC conversion, and then after the drive circuit the four switch control purposes. The experiments show that this control strategy is feasible, and the control module can achieve the proposed control strategy.Key words: phase-shifted full-bridge；zero-voltage；DSP目录1 引言 (1)1.1 移相全桥软开关研究背景及现状 (1)1.2 本文要做的工作 (1)2 移相全桥电路的工作原理 (1)2.1 电路工作状态及特点 (2)2.2 电路的运行模式分析 (2)2.2.1 工作过程分析 (3)2.3 软开关实现的条件 (7)3 DSP结构功能 (9)3.1 DSP适合于数字信号处理的特点 (9)3.2 TMS320系列DSP概况 (9)3.3 TMS320F2802x芯片特点 (9)3.4 CCSv5平台 (11)3.5 利用CCSv5.1导入已有工程 (12)3.6 利用CCSv5.1调试工程 (13)4 系统程序设计实现 (14)4.1 PWM的产生原理 (14)4.2 主程序的流程图 (14)4.3 程序设计 (17)4.4 最终实现的波形图 (17)5 总结 (22)参考文献 (23)致谢 .................................... 错误!未定义书签。