一种新型zvzcs全桥pwm变换器

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1、一种新型ZVZCS全桥PWM变换器

2、第1内容显示中摘要：本文研究了一种新型全桥电路的零电压零电流开关（ZVZCS）变换器，分析了电路的原理和设计原则。与传统电路相比，提高了电源的转换效率及其电磁兼容性能。实验结果说明了分析和设计的正确性和可行性。关键词：零电压零电流开关（ZVZCS）、全桥变换器、转换效率、磁兼容性能。1引言在电力系统通信和控制领域中，开关电源以其体积小、重量轻、效率高等优点逐步取代了传统的线性电源和SCR电源。近年来，受到广泛关注的移相控制全桥零电压开关变换器，具有恒频零电压软开关运行、移相控制实现方便、电流

3、和电压应力小、巧妙利用寄生元件等一系列突出优点。但是，这种控制方法存在滞后桥臂软开关范围较窄、占空比损失较大、初级有环流损耗等方面的问题。据此，有学者提出移相全桥ZVZCS控制方法以克服纯移相控制的缺点[1]，但笔者认为在主回路中加二极管将增加电路的复杂性，影响效率和可靠性。在高频开关电源中，MOSFET得到了大量应用，但MOSFET通态损耗较大、温度特性不好，温升较大时电源的转换效率下降较大。IGBT克服了MOSFET的上述缺点，但它在关断时有电流拖尾现象，因此限制了开关频率的提高。零电流开关方式可以提高IGBT的开关频率。

4、DC/DC变换器中，全桥电路较适合于中大功率场合，但基本P全桥变换电路由于开关管工作于硬开关状态，损耗大，效率低，必须采用缓冲电路来吸收开关管的电压尖峰。本文提出了一种基于全桥变换器的ZVZCS控制方法，采用IGBT作为功率开关、有限双极性控制方式，网络拓扑如图1所示。ZVZCS全桥P变换器实现了一个桥臂的零电压开关（称此桥臂为ZVS　图1ZVZCSP全桥变换器拓扑电路Fig.1.ThetopologyofZVZCSPfull-bridgeconverter500)this.style.ouseg(this)">桥臂）C1、C

5、3为外加吸收电容和Q1、Q3自身的输出电容之和，以实现ZVS，C1=C3=Cr。和另一个桥臂的零电流开关(称此桥臂为ZCS桥臂)，其中，Cb为隔直电容，用来防止偏磁和实现ZCS。L1k为外加饱和电感和变压器TR(匝比为N)的漏感之和，提高了电源的转换效率及其电磁兼容性能。2全桥变换器的工作原理四个开关管的工作过程和各部分响应波形如图2所示，VGE是驱动信号，IP是变压器TR原边电流，VCb是电容Cb两端电压。为了分析方便，假设：1）所有元器件是理想的，不考虑高频变压器的励磁电流；2）隔直电容Cb和输出滤波电感足够大。在图1所示

6、的ZVZCS-P全桥变换器在每半个开关周期中，有六种开关模式，分述如下：(1)[0，t0]：该模式中，Q1、Q4导通，功率从变压器原方传到副方，原边电流Ip(t)为副边电感电流I0的原边折算值，阻断电容Cb被充电，其电压VCb(t)线性增长。Ip(t)=Ip0=I0/N（1）VCb(t)=Ip0·t/Cb-VCbp（2）VCbp是电容Cb最高电压。在t0时，VCb(t)=VCbp,500)this.style.ouseg(this)">图2ZVZCS控制工作波形Fig.2.ZVZCScontroloperationals（9）

7、为了降低环流结束后的反灌电流，可将电感L1k设计为饱和电感。由于饱和电感在小电流时的电感值变大，可使环流过程变长，避免了环流结束后的电流反灌。但L1k也不宜过大，以免影响占空比、增加环流损耗。(5)[t3，t4]：t3时刻，Q4关断。由于关断时电流为零，因此Q4为ZCS关断。此后，原边电流维持为0，等待下个半周的到来。(6)[t4，t5]：Q2、Q3导通。由于Q3集电极电压很小，Q3可近似看成ZVS导通。由于Q3的导通不决定于死区时间，因此避免了移相控制中并联电容C1、C3选择的困难，轻载时的特性也更好。但此时Q2输出电容上的

8、电压为Vin，在Q2开通时该能量全部通过Q2放掉，因此在选择Q2、Q4时应选输出电容小的器件。这也是这种控制方法的缺点之一。在导通瞬间，Ip(t)=(Vin+VCbp)·t/L1k（10）原边电流上升到I0/N的时间为Ip0*L1k/(Vin+VCbp)。如果L1k选得合适，使这个电流上升时间大于功率管的开通时间，则Q2、Q4的开通也是ZCS开通。但L1k太大又带来占空比丢失和环流损耗变大的问题，因此要综合考虑。其后，副边整流管DR1截止，副边电流完全通过DR2，由第二个副边绕组提供。至此，完成半个开关周期的分析。另一半周期的

9、控制方法和工作过程类似。3实现ZCS和ZVS的条件原边电流Ip从负载电流减到零的时间为：t12=Ip0·L1k/VCbp=2Cb·L1k/t0=4Cb·L1k/D·TS（11）D为占空比，TS为开关周期。可见电流回零的时间t12与输入电压和负载电流无关，仅与电路的参数和占空比