全桥移相软开关matlab仿真研究

全桥移相软开关matlab仿真研究

姓名：王克峰

摘要

本文对PWM全桥ZVS软开关变换器进行了阐述和研究。并简要给明了其工作原理和软开关实现的条件。最后用matlab仿真进行了进一步的验证。

关键词：全桥移相软开关：零电压开关（ZVS）

Abstract

In this paper，a detail analysis of soft full-bridge PWM conventer is performed.The operation elements and the soft-switching condtions are simply examined.And based on the analysis ,We verified it by Matlab simulation.

Keywords:full bridge conventer;zero-voltage-switching(ZVS)

第一章

1.1 引言

随着电力电子技术的高频化，开关损耗越来越不容忽视。虽然提高开关器件的本身开关性能，能够减少开关损耗，但是如缓冲技术、无源无损技术、软开关技术等软开关技术在减少功率开关器件的开关损耗方面效果显著，理论上可以使开关损耗减少为零。

1.2 软开关技术的原理

功率变换器通常采用PWM技术来实现能量的转换。硬开关技术在每次开关通断期间功率器件突然通断全部的负载电流，或者功率器件两端电压在开通时通过开关释放能量，这种方式的工作状况下必将造成比较大的开关损耗和开关应力，使开关频率不能做得很高。

软开关技术是利用感性和容性元件的谐振原理，在导通前使功率开关器件两端的电压降为零，而关断时先使功率开关器件中电流下降到零，实现功率开关器件的零损耗开通和关断，并且减少开关应力。

1.3移相全桥PWM变换器

移相PWM控制方式是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合。其基本工作原理：每个桥臂的两个开关管180°互补导通，两个桥臂的导通之间相差一个相位，即所谓移相角。通过调节此移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，在变压器副边得到占空比可调的正负半周对称的交流方波电压，从而达到调节相应的输出电压的目的。移相PWM控制方式利用开关管的结电容和高频变压的漏电感作为谐振元件。利用高频变压器漏感储能对功率开关管两端

输出电容的充放电来使开光管两端电压下降为零，使全桥变换器的四个开关光一次在零电压下导通，在缓冲电容作用下零电压关断，从而有效地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减少的电磁干扰，为变换器装置提高开关频率、提高噪声，减少了器件开关过程中产生的电磁干扰，为变化器装置提高开关频率、提高效率、降低尺寸及重量提供了良好的条件。同时，还保持常规的全桥PWM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等一系列优点。

1.4 本文主要内容

本文对PWM全桥软开关直流变换器进行了研究。具体阐述了PWM全桥ZVS 软开关滞留变换器的工作原理和软开关的实现条件。并进行了matlab的相应仿真分析。

第二章软开关原理和条件以及matlab仿真

2.1全桥移相的基本原理阐述

移相全桥零电压开关PWM变换器电路原理图如图2.1所示。图中，V in为输入直流电压，Q1,、Q2、Q3、Q4为开光管，D1、D2、D3、D4、为其反并联二极管，C1、C2、C3、C4为开关管输出结电容，L lk为变压器的漏电感。

移相PWM控制技术利用开关管的漏电感L lk和输出结电容C i（i=1,2,3,4）作为谐振元件，在一个完整的开关周期中通过谐振使全桥变换器的四个开关管依次在零电压下导通，在电容

C i作用下零电压关断：通过移相控制实现占空调节，完成输出电压的控制。其工作波形如图

2.2所示。

R

L

图2.1移相全桥电路拓扑

1

Q 2

Q 3

Q 4

Q 00r

v

图2.2 工作波形

通过图2.2我们可以知道，全桥移相软开关在一个周期内有12个工作模态，正负两个半周期内各有6个，工作模态正好相反。现以上半周期为例进行介绍。

开关模态0（t 0之前） 在t 0时刻之前，Q 1和Q 4导通，原边电流流经Q 1，谐振电感L r ，变压器原边绕组以及Q 4，最后回到电源负极，在t 0时刻原边电流达到最大值。

开关模态1（t 0-t 1） t 0时刻关断Q 1，原边电流从Q 1中转移到C 1和C 3之路中。由于C 1和C 3，Q 1是零电压关断。这段时间里谐振电感和滤波电感是串联的，而且很大，因此可以认为原边电流近似不变，类似一个恒流源。

开关模态2（t 1-t 2） D 3导通后，开通Q 3，这使Q 3虽然被开通，但Q 3的电压被D 3钳位到零，所以Q 3是零电压开通。

开关模态3（t 2-t 3） 在t 2时刻，关断Q 4，原边电流由C 2和C 4两条途径提供，就是说，原边电流抽走了C 2上的电荷，同时又给C 4充电。由于C 2和C 4的存在，Q 4是零电压关断。此时V AB =-VC 4，V AB 的极性自零变负，变压器副边绕组电势下正上负，整流二极管DR 1、DR 2同时导通，将变压器副边绕组短接，这样变压器副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零，V AB 直接加在变压器漏感上，这段时间里实际上谐振电感和C 2、C 4在谐振工作。在t 3时刻，当C 4电压上升到V in ，D 2自然导通，这一模态结束。

开关模态4（t 3-t 4） 在t 3时刻，D 2自然导通，将Q 2钳位在零，此时开通Q 2，Q 2是零电压导通。Q2和Q4的驱动信号之间的死区时间t d >t 23

开关模态5（t 4-t 5） 在t 4时刻，原边电流由正值过零，并且向负方向增加，此时Q 2和Q 3为原边电流提供通路。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，此时原边绕组电压仍为零，加在谐振电感两端电压是电源电压。