第十章 软开关技术2——移相控制ZVS_PWM_DC-DC全桥变换器.
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量很容易满足式8.18。
❖ 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
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；
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥
变换器
10.3.2工作原理
本节分析移相控制零电压开关PWM DC/DC全桥变换器，其基本电路如图所 示：
ZVS PWM DC/DC
器
主
要
波
形
如
左
图 所 示 ：
全 桥 变 换
在不同开关状态下的等效电路如下所示：
对于变换器各工作状态的描述如下：
❖ 1.开关模态0
PS ZVS PWM全桥变换器实现ZVS的关键在于滞后桥臂。滞后桥臂实现
ZVS的条件就是式8.19，可以看出，要满足它，要么增加谐振电感 Lr， 要么增加 I 2 。
1 2
Lr
I
2 2
ClagVin2
1 2
CTRVin2
❖ 1.增加励磁电流
❖ 2.增大谐振电感
❖ 3.副边占空比的丢失
副边占空比的丢失是PS ZVS PWM全桥变换器的一个重要现象。
电容 C3 的电压从Vin开始线性下降
Q1是零电压关断。
ip (tt )
I1 2Clead
(t
t0 )
vC3 (t)
Vin
I1 2Clead
(t t0 )
在 t1时刻，C3 电压降到零，D3 自
然导通。
❖3.开关模态2 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
式中 ZP
Lr 2Clag
1
2LrClag
在 t3 时刻，C4 的电压上升到Vin，D2
自然导通。
t23
1
sin 1
Vin ZPI2
❖ 5.开关模态4
在 t3 时刻，D2自然导通，将 Q2 的电 压箝在零位，此时就可以开通 Q2
Q2是零电压开通。Q2 和Q4 驱动信号
之间的死区时间 td (lag ) t23 即
❖6. 开关模态5
在 t4 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 V，in原边电流反向线性增加。
ip
(t)
Vin Lr
(t
t4
)
到 t5 时刻，原边电流达到折算到原
边的负载电流 ILf (t5 ) / K值，该开
，即
td (lead ) t01
td (lead ) 2CleadVin / I1
在这段时间里，原边电流等于折算 到原边的滤波电感电流，即
ip (t) iLf (t) / K
❖ 4.开关模态3
在 t2 时刻，关断 Q4，原边电流 ip 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。
在 t0时刻，Q1和Q4导通。原边 电流 ip 流经Q1，谐振电感 Lr 和变压器原边绕组以及 Q4 。
整流管DR1导通，DR 2截止，原 边给负载供电。
❖ 2.开关模态1
在 t0时刻关断Q1，原边电流 ip从 Q1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
关模态结束。
持续时间为：
t45
Lr
ILf (t5 ) / Vin
K
❖ 7. 开关模态6
在这段时间里，电源给负载供电
原边电流为:
ip (t)
Vin KV0 Lr K 2Lf
(t t5 )
因为Lr K 2Lf，上式可简化为
ip
(t)
Vin
/ K V0 KLr
(t
t5 )
在 t6 时刻，Q3关断，变换器开始
td (lag )
1
sin 1
Vin ZPI2
此时电源电压Vin 加在谐振电感 Lr两
端，原边电流 ip线性下降。
ip
(t)
I
p
(t3 )
Vin Lr
(t
t3 )
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：t34 Lr IP (t3 ) /Vin
另一半个周期的工作，其工作
情况类似于上述的半个周期。
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。
②副边整流桥的耐压值要增加。
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 ip和
电容C 2 ，C 4 的电压分别为：
ip (t) I2 cos(t t2 )
vC4 (t) ZP I2 sin (t t2 )
vC2 (t) Vin ZP I2 sin (t t2 )
❖ 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
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；
移相控制ZVS PWM DC/DC全桥
变换器
10.3.2工作原理
本节分析移相控制零电压开关PWM DC/DC全桥变换器，其基本电路如图所 示：
ZVS PWM DC/DC
器
主
要
波
形
如
左
图 所 示 ：
全 桥 变 换
在不同开关状态下的等效电路如下所示：
对于变换器各工作状态的描述如下：
❖ 1.开关模态0
PS ZVS PWM全桥变换器实现ZVS的关键在于滞后桥臂。滞后桥臂实现
ZVS的条件就是式8.19，可以看出，要满足它，要么增加谐振电感 Lr， 要么增加 I 2 。
1 2
Lr
I
2 2
ClagVin2
1 2
CTRVin2
❖ 1.增加励磁电流
❖ 2.增大谐振电感
❖ 3.副边占空比的丢失
副边占空比的丢失是PS ZVS PWM全桥变换器的一个重要现象。
电容 C3 的电压从Vin开始线性下降
Q1是零电压关断。
ip (tt )
I1 2Clead
(t
t0 )
vC3 (t)
Vin
I1 2Clead
(t t0 )
在 t1时刻，C3 电压降到零，D3 自
然导通。
❖3.开关模态2 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
式中 ZP
Lr 2Clag
1
2LrClag
在 t3 时刻，C4 的电压上升到Vin，D2
自然导通。
t23
1
sin 1
Vin ZPI2
❖ 5.开关模态4
在 t3 时刻，D2自然导通，将 Q2 的电 压箝在零位，此时就可以开通 Q2
Q2是零电压开通。Q2 和Q4 驱动信号
之间的死区时间 td (lag ) t23 即
❖6. 开关模态5
在 t4 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 V，in原边电流反向线性增加。
ip
(t)
Vin Lr
(t
t4
)
到 t5 时刻，原边电流达到折算到原
边的负载电流 ILf (t5 ) / K值，该开
，即
td (lead ) t01
td (lead ) 2CleadVin / I1
在这段时间里，原边电流等于折算 到原边的滤波电感电流，即
ip (t) iLf (t) / K
❖ 4.开关模态3
在 t2 时刻，关断 Q4，原边电流 ip 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。
在 t0时刻，Q1和Q4导通。原边 电流 ip 流经Q1，谐振电感 Lr 和变压器原边绕组以及 Q4 。
整流管DR1导通，DR 2截止，原 边给负载供电。
❖ 2.开关模态1
在 t0时刻关断Q1，原边电流 ip从 Q1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
关模态结束。
持续时间为：
t45
Lr
ILf (t5 ) / Vin
K
❖ 7. 开关模态6
在这段时间里，电源给负载供电
原边电流为:
ip (t)
Vin KV0 Lr K 2Lf
(t t5 )
因为Lr K 2Lf，上式可简化为
ip
(t)
Vin
/ K V0 KLr
(t
t5 )
在 t6 时刻，Q3关断，变换器开始
td (lag )
1
sin 1
Vin ZPI2
此时电源电压Vin 加在谐振电感 Lr两
端，原边电流 ip线性下降。
ip
(t)
I
p
(t3 )
Vin Lr
(t
t3 )
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：t34 Lr IP (t3 ) /Vin
另一半个周期的工作，其工作
情况类似于上述的半个周期。
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。
②副边整流桥的耐压值要增加。
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 ip和
电容C 2 ，C 4 的电压分别为：
ip (t) I2 cos(t t2 )
vC4 (t) ZP I2 sin (t t2 )
vC2 (t) Vin ZP I2 sin (t t2 )