一種新穎的ZVZCSPWM全橋變換器

作者：時(shí)間：2011-02-26 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/179638.htm

到t₅時(shí)刻，C₃上的電量被完全釋放，C₃電壓下降到零，同時(shí)開關(guān)管S₃零電壓導(dǎo)通。原邊電壓v_AB也下降到零。

6）開關(guān)模態(tài)6[t₅，t₆] 該模態(tài)下，變壓器次級(jí)電壓反射到初級(jí)上的電壓加到了變壓器的漏感上，原邊電流以更快的速率下降到零。

圖4 C_h不同最大電壓值VH對(duì)應(yīng)的ZVS范圍

i_p(t)=cos(ω_bt_m5)－sin(ω_ct)（8）

式中：ω_c=；

t_m5=t₅－t₄；

Z_c=。

變壓器次級(jí)電壓按式（9）規(guī)律下降。

v_sec(t)=V_Hcos(ω_ct)（9）

7）開關(guān)模態(tài)7[t₆，t₇] 原邊電流復(fù)位，整流二極管關(guān)斷。電容C_h通過D_d放電，向負(fù)載提供電流。變壓器次級(jí)電壓按式(10)規(guī)律下降到零。

v_sec(t)=V_Hcos(ωctm6)－t（10）

式中：t_m6=t₆－t₅。

8）開關(guān)模態(tài)8[t₇，t₈] C_h完全放電，輸出感應(yīng)電流通過續(xù)流二極管D_f續(xù)流。在t₈時(shí)刻，開關(guān)管S₄的驅(qū)動(dòng)脈沖下降為零，S₄零電流關(guān)斷。

1.2 變換器在輕載條件下工作

假定變換器工作在輕載條件下，隨著負(fù)載電流的降低，C_h在模態(tài)7時(shí)不能完全放電，其上電流在t₁₀時(shí)刻以前連續(xù)地提供給負(fù)載，其電壓的最大值與最小值之間的差值可通過對(duì)自身的放電電流積分來獲得，如式（11）所示。

=I_Ch(t)dt≌(1－D)（11）

式中：T_s為開關(guān)周期。

由式（11）可以看出，在帶輕載的條件下，式（3）所表示的C_h上的電流產(chǎn)生如下變化。

i_Ch(t)=－()sin(ω_ct)

怠眨(1－D)sin(ω_ct)（12）

從式（12）可以看出，環(huán)路電流對(duì)吸持電容的充放電隨著負(fù)載電流的降低而降低，也就是說電流環(huán)可根據(jù)負(fù)載的情況自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 超前臂的ZVS條件

為了實(shí)現(xiàn)超前臂的ZVS，開關(guān)電壓應(yīng)當(dāng)在死區(qū)時(shí)間內(nèi)下降到零，即：

t_dead>t_m4＋t_m5（13）

式中：

t_m4=t₄－t₃=nC_eq（14）

t_m5=t₅－t₄=arcsin=arcsin（15）

從式（15）可以看出，保證開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS的最小電流可由式（16）得到。

=n₂V_H（16）

不同的吸持電容C_h數(shù)值與最大電壓值V_H所對(duì)應(yīng)的ZVS范圍如圖4所示。開關(guān)管超前臂的關(guān)斷損耗可通過給IGBT增加外接緩沖電容來減小。從圖4還可以看出大電容C_eq對(duì)ZVS范圍的限制。因此，C_eq的選擇應(yīng)綜合考慮ZVS范圍和超前臂的開關(guān)關(guān)斷損耗。

2.2 滯后臂的ZCS條件

吸持電容的歸一化值如式（17）所示。

C_hⁿ=（17）

圖5所示為吸持電容不同歸一化值所對(duì)應(yīng)的原邊電流的復(fù)位情況。為了實(shí)現(xiàn)滯后臂的ZCS，C_h的能量應(yīng)該足夠大，從而通過L_r使原邊電流復(fù)位，且原邊電流應(yīng)當(dāng)在滯后臂關(guān)斷之前減小到

圖5不同歸一化C_h值對(duì)應(yīng)的原邊電流的復(fù)位零。從式（11）、式（12）、式（15）、式（16）、式（17）可得到式（18）。

arcsin(1－D)（18）

從式（18）和圖5可以看出，為了確保ZCS，應(yīng)當(dāng)增加C_h或V_H的值。但是，V_H的最大值不能高于輸入電壓反射到次級(jí)的電壓V_s/n；同樣，大電容C_h增大了環(huán)路電流，而環(huán)路電流又通過C_h間接加到了負(fù)載。綜合考慮，軟開關(guān)在變換器功耗方面的效果不僅與開關(guān)損耗的減小有關(guān)，還與由軟開關(guān)引起的附加導(dǎo)通損耗有關(guān)。為了獲得預(yù)期的效率，要求在設(shè)計(jì)時(shí)C_h的值取得越小越好，從而使附加導(dǎo)通損耗最小化。