0 引言
開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)是高頻、高功率密度,、高效率,、模塊化以及低的電磁干擾(EMI)等，但傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)變換器不僅存在嚴(yán)重的電磁干擾(EMI),，而且功率管的開(kāi)關(guān)損耗限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高,，軟開(kāi)關(guān)應(yīng)運(yùn)而生。目前實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)主要有兩種方法：一為零電壓(ZVS)開(kāi)關(guān),，另一種為零電流(ZCS)開(kāi)關(guān),。
全橋DC／DC變換器廣泛應(yīng)用于中大功率的場(chǎng)合。根據(jù)其輸入端為電容或者是電感,，全橋變換器可分為電流型和電壓型兩種,。過(guò)去的數(shù)十年問(wèn)，電壓型全橋變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)得到深入研究,。而電流型卻沒(méi)有得到足夠的重視,。事實(shí)上，電流型變換器具有很多的優(yōu)點(diǎn),。最顯著的優(yōu)點(diǎn)之一是在多路輸出的應(yīng)用場(chǎng)合中,，它相當(dāng)于將濾波電感放置于變壓器的原邊，因而整個(gè)電路僅需要這一個(gè)電感,。
本文提出了一個(gè)采用移相控制的新型電流型全橋變換器,，引入輔助電路來(lái)幫助兩個(gè)上管實(shí)現(xiàn)零電壓工作,，利用變換器的寄生參數(shù)(變壓器的漏感)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)下管零電流工作。分析了它的工作原理以及實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的條件,，并最終在Pspice仿真中驗(yàn)證了理論的正確性,。
l 工作原理
圖l所示為本人所提出的電流型移相控制PWM DC／DC全橋變換器。Lin為輸入電感,，Llk為變壓器的漏感,，CS1、CS2是和兩個(gè)上管VT1,、VT2并聯(lián)的電容,，VTa1、VTa2是輔助開(kāi)關(guān),，Lrl,、Lr2是諧振電感。
該變換器一個(gè)周期內(nèi)共有十個(gè)開(kāi)關(guān)模態(tài),，為了便于分析,，我們作如下假設(shè)：
a．所有電感、電容,、開(kāi)關(guān)管和變壓器均為理想器件,。
b．輸入電感Lin足夠大，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中,，輸入電流Iin基本上可視為不變,。
c．輸出電容Co足夠大，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中,，輸出電壓Uo基本上可視為不變,；
d．輸入電感Lin遠(yuǎn)大于諧振電感Llk.
e. 特征阻抗
諧振角頻率
為變壓器的變化。
各主要變量波形如圖2所示,，各開(kāi)關(guān)模態(tài)的等效電路如圖3所示,。
1)開(kāi)關(guān)模態(tài)l[t0～t1]
t0時(shí)刻以前，原邊電流通過(guò)主開(kāi)關(guān)管VT2和VT4,，負(fù)載由輸出電容供電，如圖3(a)所示,。t1時(shí)刻,，輔助開(kāi)關(guān)管VTa1打開(kāi)，CS2和Lr1開(kāi)始諧振,，如圖3(b)所示,，諧振電容電壓的表達(dá)式為(初始電壓為UCSl)：
經(jīng)過(guò)半個(gè)諧振周期，電感電流為0,，諧振電容電壓變?yōu)橐籙CS1,，故該模態(tài)持續(xù)時(shí)間：
此時(shí)，VTa1可以零電流關(guān)斷。
2)開(kāi)關(guān)模態(tài)2[t1～t2]
t1時(shí)刻,，由于并聯(lián)電容的存在,，VT2可以零電壓關(guān)斷。如圖3(c)所示,，輸入電流通過(guò)CS1,，漏感Llk，變壓器的原邊以及VT4,CS1電壓的表達(dá)式為：
副邊電流通過(guò)VD1和VD4,。t2時(shí)刻,，電容兩端電壓降至為0，該模態(tài)持續(xù)時(shí)間：
3)開(kāi)關(guān)模態(tài)3[t2～t3]
t2時(shí)刻,，VT1零電壓開(kāi)通,，如圖3(d)所示，這期間該變換器像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)一樣向負(fù)載供電,。
4)開(kāi)關(guān)模態(tài)4[t3～t4]
t3時(shí)刻,，開(kāi)通VT3，如圖3(e)所示,。VT3的電流開(kāi)始線性增加,，VT4的電流線性減小。表達(dá)式為：
t4時(shí)刻,，VT3的電流上升至輸入電流,，VT4的電流減小到0，該模態(tài)的持續(xù)時(shí)間：
可見(jiàn),，VT3是零電流開(kāi)通,，VT4是零電流關(guān)斷的。
5)開(kāi)關(guān)模態(tài)5[t4～t5]
輸入電流通過(guò)VT1和VT3,，負(fù)載由輸出電容供電,，如圖3(f)所示。變換器開(kāi)始另一半周期的工作,。
2 實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的條件
由以上工作原理的分析,，我們可知，變換器順利實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)必須滿足以下條件：
(1)VT1和VT2必須有死區(qū)時(shí)間,，且該死區(qū)時(shí)間不能太大,，否則其并聯(lián)電容將被正向充電，以至零電壓丟失,。以前文分析的半個(gè)周期為例,，VT2關(guān)閉后的死區(qū)時(shí)間不能太大以至于VT1的并聯(lián)電容重新被正向充電，那么由式(5)可得,，死區(qū)時(shí)間應(yīng)該滿足
(2)VT3和VT4的重疊時(shí)間要足夠大,，以保證兩個(gè)下管的電流可以順利轉(zhuǎn)換,。以前文分析的半個(gè)周期為例，重疊時(shí)間內(nèi)應(yīng)該要保證VT4的電流順利降為0,，VT3順利的上升至輸入電流Iin,。則由(8)式可得，重疊時(shí)間應(yīng)該滿足
3 仿真結(jié)果及分析
為了驗(yàn)證文本提出的變換器的原理,，在Pspice里設(shè)計(jì)了一個(gè)50kHZ的模型進(jìn)行驗(yàn)證,。輸入電流為Iin=10A，輸出電壓Uo=325V,。一個(gè)周期內(nèi)各仿真波形如圖4所示,。(a)圖所示為主開(kāi)關(guān)管VT1的電壓電流波形，從圖上我們可以看出VT1可以零電壓開(kāi)通和關(guān)斷,。由于IGBT有拖尾電流效應(yīng),，因而實(shí)際中兩個(gè)上管可以用MOS管來(lái)代替IGBT；(b)圖所示為主開(kāi)關(guān)管VT3的電壓電流波形,，可見(jiàn)VT3順利的實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通和關(guān)斷,；(c)圖為輔助開(kāi)關(guān)VTa1的電壓電流波形，由于輔助電路引入諧振來(lái)幫助主開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓,，因而它是可以零電流工作的,，不會(huì)給變換器增加額外的損耗。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文提出了一種新型的移相控制電流型全橋PWM DC／DC變換器結(jié)構(gòu),。該結(jié)構(gòu)利用輔助網(wǎng)絡(luò)來(lái)幫助兩個(gè)上管實(shí)現(xiàn)零電壓工作,，利用變壓器的漏感來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)下管零電流工作。最后的仿真也證明了理論的正確性,。由于結(jié)構(gòu)上的特性,，該變換器在多路輸出的應(yīng)用中有更獨(dú)特的效果。