有限雙極性控制ZVZCSPWM全橋變換器

ucb(t)=－ucbp(2)

式中：ucbp為電容Cb上最大電壓。

2）在t1時(shí)刻Q1關(guān)斷，Q1的關(guān)斷是ZVS關(guān)斷，原邊電流ip通過(guò)C1（充電）、C2（放電）繼續(xù)按原方向流動(dòng)。C2經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的放電，在t12時(shí)刻C2上的電壓降到零，Q2上的反并聯(lián)二極管開(kāi)始導(dǎo)通續(xù)流。此階段電容C2兩端電壓uc2(t)變化過(guò)程為

uc2(t)=Ipot/(C1＋C2)（3）

并有

t12－t1=E(C1＋C2)/Ipo（4）

式中：E為直流輸入電壓。

3）由于Cb上的電壓作用，在t2時(shí)刻環(huán)流衰減到零，原邊電流變化過(guò)程為

ip(t)=Ipo－ucbpt/L1（5）

該狀態(tài)持續(xù)時(shí)間（即環(huán)流時(shí)間）為

t2－t12=IpoL1/ucbp（6）

此時(shí)ucb(t)達(dá)到最大值UCbp。由式（2）可近似得到

t2－t0=2UCbpCb/Ipo（7）

4）在t2～t23時(shí)刻，電容Cb上的能量通過(guò)變壓器漏感對(duì)Q2的輸出電容充電，由于時(shí)間常數(shù)很小，可認(rèn)為該過(guò)程響應(yīng)速度很快，諧振過(guò)程很快結(jié)束。穩(wěn)定時(shí)Q2兩端電壓保持為UCbp。

5）t23時(shí)刻Q4關(guān)斷，顯然，由于此時(shí)Q4上電壓電流均為零，因此Q4是ZVZCS關(guān)斷。經(jīng)一個(gè)固定的死區(qū)時(shí)間后，在t3時(shí)刻，Q2、Q3同時(shí)導(dǎo)通，由于此時(shí)Q2兩端電壓為UCbp，由設(shè)計(jì)可保證UCbp10％E，且環(huán)流已衰減到零，因此可近似認(rèn)為Q2是ZVZCS導(dǎo)通。而Q3是硬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，而且Q3導(dǎo)通時(shí)其兩端電壓大小約為直流輸入電壓大小。而在普通硬開(kāi)關(guān)工作方式下Q3導(dǎo)通時(shí)其端電壓是直流輸入電壓的一半，因此ZVZCS控制模式下Q3導(dǎo)通時(shí)輸出電容上的能量損耗反而比普通硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)下大，這是這種方法最大的缺點(diǎn)。為了減輕該缺點(diǎn)所帶來(lái)的不利因素，Q3、Q4可選輸出電容較小的功率管如IGBT。

6）在t3時(shí)刻之后電路工作過(guò)程和t0～t3時(shí)類似，這里就不詳細(xì)分析了。

3 全范圍實(shí)現(xiàn)ZVS和ZCS的約束條件

由式（2）可以看到，在占空比一定時(shí)，隔直電容Cb越小，UCbp越大，由式（6）可看到，變壓器漏感越小、ucbp越大，則環(huán)流時(shí)間越短，因而ZCS實(shí)現(xiàn)得越充分。將式（7）代入式（6），并設(shè)t12－t0=DT/2（D為占空比，T為開(kāi)關(guān)周期），則有

t2－t12=4CbL1/DT（8）

可見(jiàn)在電路參數(shù)固定的情況下，環(huán)流時(shí)間是一個(gè)固定值，不依賴于負(fù)載。實(shí)驗(yàn)也表明，適當(dāng)減小開(kāi)關(guān)頻率，從而使DT變大，可使環(huán)流時(shí)間t2－t12減小，有利于ZCS的實(shí)現(xiàn)。

由式（4）可看到C1、C2越大，超前橋臂由導(dǎo)通轉(zhuǎn)截止后，C2上電壓降到零的過(guò)渡時(shí)間越長(zhǎng)，因而ZVS實(shí)現(xiàn)得越好。而且負(fù)載越輕（Ipo越?。?，過(guò)渡時(shí)間越長(zhǎng)。而移相控制由于超前橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通基本是互補(bǔ)的，因此在輕載時(shí)很難實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS導(dǎo)通。而相比之下，有限雙極性控制方法就顯出它的優(yōu)越性。如當(dāng)Q1關(guān)斷后，Q2導(dǎo)通時(shí)刻由移相控制時(shí)的t12～t3時(shí)刻推后到了t3時(shí)刻，可以充分保證只有當(dāng)Q2的續(xù)流二極管導(dǎo)通后才使Q2導(dǎo)通，從而保證全范圍的ZVS。實(shí)驗(yàn)證明，在正確設(shè)計(jì)好電路參數(shù)后，超前橋臂的ZVS實(shí)現(xiàn)得相當(dāng)好。

4 應(yīng)用實(shí)例

這種有限雙極性控制的ZVZCSPWM全橋變換器，已應(yīng)用到一種3kW（48V/50A）通信電源模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中。具體參數(shù)為：輸入220V/15A；輸出56.4V（最大）/53A（最大）；開(kāi)關(guān)工作頻率60kHz；功率管為IRG4PC50W（高速型IGBT）；變壓器原副方匝數(shù)比為24/4；輸出濾波電感40μH；輸出濾波電容5000μF。由于沒(méi)有專用的芯片，因此采用UC3825＋CD4042合成所需要的邏輯。原理圖如圖3所示。

圖3 有限雙極性控制邏輯生成電路實(shí)例

UC3825A是一種峰值電流型控制芯片，在控制環(huán)路中加入電流環(huán)后，電源具有響應(yīng)速度快，保護(hù)迅速，源效應(yīng)和負(fù)載效應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。模塊整機(jī)功率因數(shù)為0.99，效率90％，重約10kg。該產(chǎn)品已成功運(yùn)行于某移動(dòng)通信基站現(xiàn)場(chǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

有限雙極性控制ZVZCSPWM全橋變換器，能實(shí)現(xiàn)全范圍的ZVS和ZCS開(kāi)關(guān)，提高了電源的效率，減小了輸出紋波和電磁干擾。實(shí)踐證明了這種控制方法的可靠性。