0 引言
開關電源的發(fā)展趨勢是高頻、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)的硬開關變換器不僅存在嚴重的電磁干擾(EMI),，而且功率管的開關損耗限制了開關頻率的提高,，軟開關應運而生。目前實現(xiàn)軟開關主要有兩種方法：一為零電壓(ZVS)開關,，另一種為零電流(ZCS)開關,。
全橋DC／DC變換器廣泛應用于中大功率的場合。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,。過去的數(shù)十年問，電壓型全橋變換器的軟開關技術得到深入研究,。而電流型卻沒有得到足夠的重視,。事實上，電流型變換器具有很多的優(yōu)點,。最顯著的優(yōu)點之一是在多路輸出的應用場合中,，它相當于將濾波電感放置于變壓器的原邊，因而整個電路僅需要這一個電感,。
本文提出了一個采用移相控制的新型電流型全橋變換器,，引入輔助電路來幫助兩個上管實現(xiàn)零電壓工作，利用變換器的寄生參數(shù)(變壓器的漏感)來實現(xiàn)兩個下管零電流工作,。分析了它的工作原理以及實現(xiàn)軟開關的條件,，并最終在Pspice仿真中驗證了理論的正確性。
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是和兩個上管VT1,、VT2并聯(lián)的電容,，VTa1、VTa2是輔助開關,，Lrl,、Lr2是諧振電感。
該變換器一個周期內(nèi)共有十個開關模態(tài),，為了便于分析,，我們作如下假設：
a．所有電感、電容,、開關管和變壓器均為理想器件,。
b．輸入電感Lin足夠大，在一個開關周期中,，輸入電流Iin基本上可視為不變,。
c．輸出電容Co足夠大，在一個開關周期中,，輸出電壓Uo基本上可視為不變,；
d．輸入電感Lin遠大于諧振電感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,，各開關模態(tài)的等效電路如圖3所示,。
1)開關模態(tài)l[t0～t1]
t0時刻以前，原邊電流通過主開關管VT2和VT4,，負載由輸出電容供電,，如圖3(a)所示。t1時刻,，輔助開關管VTa1打開,，CS2和Lr1開始諧振，如圖3(b)所示,，諧振電容電壓的表達式為(初始電壓為UCSl)：
經(jīng)過半個諧振周期,，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)時間：
此時,，VTa1可以零電流關斷。
2)開關模態(tài)2[t1～t2]
t1時刻,，由于并聯(lián)電容的存在，VT2可以零電壓關斷,。如圖3(c)所示,，輸入電流通過CS1,，漏感Llk，變壓器的原邊以及VT4,CS1電壓的表達式為：
副邊電流通過VD1和VD4,。t2時刻,，電容兩端電壓降至為0，該模態(tài)持續(xù)時間：
3)開關模態(tài)3[t2～t3]
t2時刻,，VT1零電壓開通,，如圖3(d)所示，這期間該變換器像傳統(tǒng)結(jié)構一樣向負載供電,。
4)開關模態(tài)4[t3～t4]
t3時刻,，開通VT3，如圖3(e)所示,。VT3的電流開始線性增加,，VT4的電流線性減小。表達式為：
t4時刻,，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)時間：
可見,，VT3是零電流開通,，VT4是零電流關斷的。
5)開關模態(tài)5[t4～t5]
輸入電流通過VT1和VT3,，負載由輸出電容供電,，如圖3(f)所示。變換器開始另一半周期的工作,。
2 實現(xiàn)軟開關的條件
由以上工作原理的分析,，我們可知，變換器順利實現(xiàn)軟開關必須滿足以下條件：
(1)VT1和VT2必須有死區(qū)時間,，且該死區(qū)時間不能太大,，否則其并聯(lián)電容將被正向充電，以至零電壓丟失,。以前文分析的半個周期為例,，VT2關閉后的死區(qū)時間不能太大以至于VT1的并聯(lián)電容重新被正向充電，那么由式(5)可得,，死區(qū)時間應該滿足
(2)VT3和VT4的重疊時間要足夠大,，以保證兩個下管的電流可以順利轉(zhuǎn)換。以前文分析的半個周期為例,，重疊時間內(nèi)應該要保證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,，重疊時間應該滿足
3 仿真結(jié)果及分析
為了驗證文本提出的變換器的原理,，在Pspice里設計了一個50kHZ的模型進行驗證,。輸入電流為Iin=10A，輸出電壓Uo=325V,。一個周期內(nèi)各仿真波形如圖4所示,。(a)圖所示為主開關管VT1的電壓電流波形，從圖上我們可以看出VT1可以零電壓開通和關斷,。由于IGBT有拖尾電流效應,，因而實際中兩個上管可以用MOS管來代替IGBT；(b)圖所示為主開關管VT3的電壓電流波形,，可見VT3順利的實現(xiàn)零電流開通和關斷,；(c)圖為輔助開關VTa1的電壓電流波形，由于輔助電路引入諧振來幫助主開關管實現(xiàn)零電壓,，因而它是可以零電流工作的,，不會給變換器增加額外的損耗。
4 結(jié)束語
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,。該結(jié)構利用輔助網(wǎng)絡來幫助兩個上管實現(xiàn)零電壓工作,，利用變壓器的漏感來實現(xiàn)兩個下管零電流工作。最后的仿真也證明了理論的正確性,。由于結(jié)構上的特性,，該變換器在多路輸出的應用中有更獨特的效果。