一種新穎的ZVZCSPWM全橋變換器

作者：時間：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時刻，C₃上的電量被完全釋放，C₃電壓下降到零，同時開關(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，變壓器次級電壓反射到初級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時刻，開關(guān)管S₄的驅(qū)動脈沖下降為零，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時不能完全放電，其上電流在t₁₀時刻以前連續(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)載的情況自動進(jìn)行調(diào)整。

2 電路設(shè)計

2.1 超前臂的ZVS條件

為了實現(xiàn)超前臂的ZVS，開關(guān)電壓應(yīng)當(dāng)在死區(qū)時間內(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應(yīng)的原邊電流的復(fù)位情況。為了實現(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)計時C_h的值取得越小越好，從而使附加導(dǎo)通損耗最小化。