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改进型全桥移相ZVS-PWMDC/DC变换器

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:介绍了一种能在全负载范围内实现零电压开关的改进型全桥移相ZVS-PWMDC/DC变换器。在分析其开关过程的基础上,得出了实现全负载范围内零电压开关的条件,并将其应用于一台48V/6V的DC/DC变换器。
  关键词:全桥DC/DC变换器;零电压开关;死区时间
  
  引言
  
  移相控制的全桥PWM变换器是在中大功率DC/DC变换电路中最常用的电路拓扑形式之一。移相PWM控制方式利用开关管的结电容和高频变压器的漏电感作为谐振元件,使开关管达到零电压开通和关断。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产生的电磁干扰,为变换器提高开关频率、提高效率、降低尺寸及重量提供了良好的条件。同时保持了电路拓扑结构简洁、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。
  
  移相控制的全桥PWM变换器存在一个主要缺点是,滞后臂开关管在轻载下难以实现零电压开关,使得它不适合负载范围变化大的场合[1]。电路不能实现零电压开关时,将产生以下几个后果:
  
  1)由于开关损耗的存在,需要增加散热器的体积;
  
  2)开关管开通时存在很大的di/dt,将会造成大的EMI;
  
  3)由于副边二极管的反向恢复,高频变压器副边漏感上的电流瞬变作用,在二极管上产生电压过冲和振荡,所以,在实际应用中须在副边二极管上加入R-C吸收。
  
  针对上述问题,常见的解决方法是在变压器原边串接一个饱和电感Ls,扩大变换器的零电压开关范围[2][3]。但是,采用这一方法后,电路仍不能达到全工作范围的零电压开关。而且,由于饱和电感在实际应用中不可能具有理想的饱和特性,这将会导致:
  
  1)增加电路环流,从而增加变换器的导通损耗;
  
  2)加重了副边电压占空比丢失,从而增加原边电流及副边二极管电压应力;
  
  3)饱和电感以很高的频率在正负饱和值之间切换,磁芯的损耗会很大,发热严重。
  
  改进型全桥移相ZVSPWMDC/DC变换器是针对上述缺点所提出的一种电路拓扑[4][5][6]。它通过在电路中增加辅助支路,使开关管能在全部负载范围内达到零电压开关,它在小功率(<3kW)电路中具有明显的优越性。由于在移相控制的全桥PWM变换器中,超前臂ZVS的实现相对比较简单,所以本文将不分析超前臂的开关过程,而着重分析滞后臂在增加了辅助支路以后的开关过程及其实现ZVS的条件。
  
  1改进型全桥移相ZVS-PWMDC/DC变换器
  
  1.1电路拓扑
  
  图1所示是一种改进型全桥移相ZVSPWMDC/DC变换器,与基本的全桥移相PWM变换器相比,它只在滞后臂增加了由电感Lrx及电容Crx两个元件组成的一个辅助支路。
  
  在由Lrx及Crx组成的辅助谐振支路中,电容Crx足够大,其上电压VCrx应满足
  
  
  
  则电感Lrx上得到的是一个占空比为50%的正负半周对称的交流方波电压,其幅值为Vin/2。电感上的电流峰值ILrx(max)为
  
  
  
  式中:Vin为输入直流电压;

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