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第53卷第7期2019年7月电力电子技术Power ElectronicsVol.53,No.7July2019零电压零电流不对称半桥反激开关变换器研究张可银，王彬，杨世航，吴庭金（中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，江苏无锡214063）摘要：介绍了一种不对称半桥反激开关变换器，分析了其工作原理和软开关条件，实现了主开关管的零电压开关（ZVS）和输出二极管的零电流开关（ZCS）,并使主开关管的电压应力不高于输入电压。
该电路应用LM5025A 控制芯片，简化了传统的驱动电路。
实验结果表明，该电路所需器件少，结构简单并实现了ZVZCS,效率高达92%。
关键词：变换器；零电压开关；零电流开关中图分类号:TM46文献标识码：A文章编号:1000-100X（2019）07-0122-03Study on Asymmetrical Half-bridge Flyback Converter With Zero Voltage Switching and Zero Current Switching OperationsZHANG Ke-yin,WANG Bin,YANG Shi-hang,WU Ting-jin(4VIC Leihua Electronic Technology Institute,Wuxi214063,China)Abstract:An asymmetrical half-bridge flyback converter is introduced by discussing its working principle and conditions of soft switching.This converter achieves zero voltage switching(ZVS)operation on power switches and zero current switching(ZCS)operation on output rectifier and the switch voltage stresses are no more than the input voltage. By using control chip LM5025A,the tranditional drive circuit is simplified.The test results show that ZVZCS is achieved and the efficiency is obtained about92%.Keywords:converter；zero voltage switching；zero current switching1引言传统的反激式DC/DC变换器以其结构简单、性价比高而广泛用于中小功率场合。
L6598脱线控制器用于谐振式变换器介绍：因为更高的效率是可以达到的（高于传统的PWM），减少了高频电磁干扰，（谐振槽路利用了电路的寄生参数）电源转换器市场对谐振拓扑的兴趣近来在增加。
事实上，这种拓扑允许更高的功率/重量比和低的元件功率损耗。
许多电源应用领域如适配器，电视，显示器，通讯机和汽车收音机都可以使用这种技术的转换器。
L6598设计成半桥式电路结构。
本文说明如何使用这种器件。
最后将讨论所涉及的一些设计规则和应用要点。
器件特色描述器件的内部电路图如图1，它是一个集成电路，用于实现脱线电源的控制技术。
用于驱动功率MOS或IGBT。
在半桥拓扑中，它提供的全部特点（如压控震荡器，软起动，运算放大器，及使能端。
）需用最少的电路元件恰当的执行和控制谐振和SMPS。
该器件执行可通过元件与高压相接，它也能工作在从它供电的低压之下。
封装为DIP16和SO-16。
最重要的特性：高电压（直到600V）输入和降低dv/dt（150V/ns）于整个温度范围内。
250mA（源出）/450mA（漏入）的驱动电流能力。
欠压锁定。
精确的电压控制振荡器和软起动频率转移功能。
集成式升压驱动用于电容升压。
器件端子功能pin1 软起动定时电容，器件提供软起动特色，电容Css软起动时间根据关系式T ss=K ss*C ss（tpy*K ss=0.15s/uf）。
在稳定状态，pin1电压是5V，在T ss间隙时间内，电流I ss （为If起动的函数）给电容充电，另外，T ss设置在K ss*C ss，它只取决于C ss值。
见 pin2说明和数据表中定时的描述。
pin2 最大震荡频率设置。
将一个电阻接于这个引脚和地之间，以设置起始频率值，并固定于F min之差。
（F start>F min）在这个pin上的电压固定为V REF=2V。
所以，R fstart调整I fstart=V REF/ R fstart。
R fstart值建议不小于18-20kohm。
零电压开关不对称半桥DC/DC变换器零电压开关不对称半桥DC/DC变换器类别：电源技术 0 引言 不对称半桥DC／DC变换器具有软开关工作、器件数量少以及控制简单等优点，因此，在不超过1000W的中小功率变换电路中得到广泛的应用。
但是，在传统的不对称半桥电路拓扑中，只有在变压器漏感和主开关的寄牛电容产生谐振时才能实现零电压开关，因此，为了实现软开关，谐振电感(即变压器漏感)的值必须足够大．而谐振电感与输出整流二极管的寄生电容在换流过程中会发生严重谐振，产生电压冲击，甚至击穿输出二极管，而且大的漏感会导致大的占空比丢失。
  为避免输出二极管误工作和损坏，必须限制由变压器漏感和二极管寄生参数谐振产生的过电压。
通常，在二极管两端加箝位和吸收电路可以限制该过电压，例如，经常使用的方法是在二极管两端加电阻-电容-二极管吸收电路(RCD电路)来抑止过电压。
但该电路最大的缺点是能量几乎全部消耗在电阻上，这将明显降低该变换器的效率。
另外，电压的波动会持续以较低的频率出现，而且很难消除。
 1 箝位二极管的作用 一个很好的解决方案是在变压器Tr的原边加箝位二极管，如图1所示：加箝位二极管的目的是在不改变变换器工作特性的前提下，消除输出整流管换流时与外部电感谐振吋产生的过电压，通过这两个二极管将变压器Tr原边电压箝位在电容C3和C4的端电压Vc1和Vc2。
其过程为：如果开关S1导通占空比为D，则S，的占空比为1-D，当S1导通吋，变压器原边的电压通过二极管Dg1箝位为Vc1，当S2导通时，变压器原边的电压经Dg2箝位为-Vc2，相应地副边的电位也箝位住了，输出整流二极管(Dr1和Dr2)上也不会出现明显的电压冲击。
此时，输入电压源和电容通过箝位二极管吸收输出整流管与外部电感谐振产生的能量，而通过箝位二极管的电流很小，而且它们只在输出整流管换流时才起作用，因此，它们对整个变换器的工作过程影响很小。
不对称驱动半桥变换器的工作原理普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士不对称半桥变换器的工作原理：1gs V 2gs Vt图1是不对称驱动半桥变换器的原理图，与对称驱动半桥变换器的差别是，隔直电容Cc 与变压器原边串联，开关S1和S2采用互补驱动。
在有源开关S1导通、S2截止时，无源开关D1因正偏而导通，无源开关D2因反偏而截止，此时输入给电容Cc 充电、并经变压器和二极管D1给输出滤波电感储能（或激磁），和向负载提供能量，输入电压与电容Cc 上的电压差也同时给变压器原边的激磁电感激磁；当有源开关S1截止、S2导通时，无源开关D2因正偏导通，无源开关D1因反偏而截止，此时电容Cc 上的电压给变压器原边的激磁电感去磁，并经变压器和D2给输出滤波电感提供部分去磁能量；输出滤波电容主要用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远远小于稳态的直流输出电压。
在忽略输出电压、电容Cc 上电压的开关纹波及输出滤波电感电流、原边激磁电感电流的开关纹波后，我们可利用电感电压伏秒平衡定律、电容电流的安秒平衡定律，推得不对称驱动半桥变换器的稳态关系为（推导过程见方框内）：NV D D V go )1(2−=g c图2 稳态电压增益曲线图2是不对称半桥变换器的归一化稳态电压增益曲线（蓝色），它与对称半桥变换器的归一化稳态电压增益曲线（红色）不同，是一种抛物线形状的降压关系。
在占空比等于0.5时，稳态电压增益为最大，当占空比小于0.5时，稳态电压增益随占空比增加而增加；当占空比大于0.5时，稳态电压增益随占空比增加而减小。
考虑到可稳定的闭环工作，其稳态电压增益的范围必须落在正斜率段，也即占空比必须小于0.5。
因为当占空比大于0.5时，只要输出电压一有减小的趋势，负反馈电路就会增加占空比，控制的结果会使输出电压进一步减小，然后再使占空比增加，最后导致输出电压变为零，所以稳态电压增益的负斜率段是无法稳定工作的。
在实际设计中，不对称半桥变换器的最大占空比一般取为0.45~0.48。
摘要随着电力电子技术的迅速发展，PWM型DC/DC变换器的应用也日益广泛，如今，高性能、高效率、小型化和轻量化越来越成为各类PWM型DC/DC变换器追求的目标。
软开关技术是电力电子装置，特别是直流变换装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术。
虽然，软开关技术能够使功率变换器的小型化，模块化，但是，可能会使电路变得更加复杂，使得中小功率变换器成本增加，往往不利于商业竞争。
本文研究了一种改进型的零电压不对称半桥拓扑，它可以在不增加电路成本的基础上，实现软开关技术。
又可以消除以往不对称半桥电路有谐振尖锋电压的缺点。
在第二章中对不对称电路的工作原理进行分析，给出了占空比与输入电压输出电压以及与偏磁的关系，在对不称半桥的一个开关周期的各个状态的分析，描述了隔直电容，与变压器原边电流的变化规律，各个状态的值，然后得出实现ZVS的实现条件，从容为合理的设置死区时间提供了，理论指导，最后用pspice软件进行了仿真，验证了零电压开关实现的可能性。
本文第三部分采用状态空间平均法建立了不对称半桥功率变换器的小信号平均电路模型在此基础上建立整个变换器的系统模型，对系统的稳定性和动态性能进行了分析，并且设计了补偿器。
最后用matlab仿真验证了整个系统的稳定性。
基于前面的分析，设计了一个由前级PFC和后级不对称半桥组成的两级AC/DC电路，实验说明了开关管的软开关是能够实现的，证明了变换器的效率有一定的提高。
从而验证了电路的可行性。
关键词：不对称半桥软开关DC/DC变换器AbstractWith the development of power electronics technology, Pulse Width Modulation DC-DC converters get more and more application. Nowadays, high performance, high efficiency and light weight are the most important performance figure of all kinds of PWM DC-DC converters. In order to increase the power density and output efficiency, the soft switching techniques is the key. However it makes the circuit complex, which means the increase of cost, and affects the competitiveness of commercial product.This thesis presents an improved asymmetric zero-voltage half-bridge topology. It can realize soft-switch technology without increase the cost of converter. The improved Asymmetrical Half-Bridge can also remove the resonant peak voltage. The topology of asymmetrical half bridge is introduced in Chapter 2, including the principle of the circuit,the relationship between the duty cycle ,input voltage and output voltage ,and the deflection of magnetism. The voltage of block capacitor and the current of the original turns of transformer of each state have been discussed, then deduce the condition of Zero voltage switch(ZVS),which give the theory guidance for setting the reasonable dead time. Finally, the possibility of zero voltage switching is proved by the simulation of pspice software. In part 3. ,a small average circuit half bridge converter power stage is established by method of state space averaging. In term of the method referred, a system model of total converter is founded. The characteristic of stabilization and dynamic is analysed and the compensator is designed basing on it. At last,the simulation performed by Matlab software confirm the stabilization of system. Based on the analysis above, a two-class AC/DC converter ,consist of power factor circuit and asymmetrical half bridge circuit is designed to prove that the asymmetrical half bridge can achieved zero voltage switching .In conclusion, the correctness and feasibility of the new converter are proved by theory analysis, simulation research and experimental validation.Keywords: Asymmetrical half bridge soft switching DC/DCconverter目录摘要 (I)ABSTRACT....................................................................................................... I I 1 绪论 . (1)1.1引言 (1)1.2不对称半桥变换器简述 (4)1.3本文所做的工作 (7)2 工作原理 (8)2.1不对称半桥主电路构成 (8)2.2稳态分析 (9)2.3开关过程 (12)2.4谐振问题及改进 (16)2.5ZVS开关条件分析 (30)3 建模与仿真 (33)3.1概述 (33)3.2主电路模型和开环分析 (35)3.3反馈补偿和闭环分析 (40)3.4补偿器件设计 (42)3.5主电路仿真 (44)4 实验设计与波形 (47)4.1主电路设计 (47)4.2控制电路与驱动电路的设计 (51)4.3实验结果 (54)4.4实验结论 (57)5 全文总结 (58)致谢 (59)参考文献 (60)附录攻读硕士学位期间发表的论文 (65)1 绪论1.1 引言DC/DC变换器就是将输入的直流电压，经过高频斩波或高频逆变后，通过整流和滤波环节，转换成所需要幅值的直流电压。
不对称半桥变换器的研究陈丹江，张仲超(浙江大学，浙江杭州310027）摘要：介绍了一种利用互补的PWM控制的不对称半桥DC/DC变换器。
分析了电路的稳态过程和开关的ZVS过程，同时对开关达到ZVS的条件进行了分析。
实验结果表明了这种电路对提高效率的有效性。
为了进一步改进电路，针对电路输出二极管的电压应力的不平衡，提出了一种副边绕组不相等的拓扑，并进行了分析。
关键词：不对称半桥；零电压开关；效率1 引言近年来，软开关技术得到了广泛的发展和应用，提出了不少高效率的电路拓扑，其中不对称半桥是一个比较典型的电路。
不对称半桥是一种适用于中低功率的DC/DC零电压开关（ZVS）变换器电路。
该电路采用固定死区的互补PWM控制方式，不需要外加元件，充分利用电路本身的分布特性，通过变压器漏感和开关寄生电容的谐振，实现零电压开关。
这种电路保持了PWM开关模式的低开关导通损耗，而且消除了开关的导通损耗，因此，可以得到很高的效率。
2 主电路的工作原理分析2.1 电路的稳态分析不对称半桥的主电路如图1所示。
图1中包括两个互补控制的功率MOSFET，其中S1的占空比为D，S2的占空比为（1－D），D S1和D S2是开关的体二极管，C S1和C S2分别是开关的结电容。
隔直电容C b，作为开关S2开通时的电源。
包括漏感L k，励磁电感L m的中心抽头的变压器，原边匝数为N p，副边匝数分别为N s1和N s2。
半桥全波整流二级管D1和D2。
输出滤波电感L，电容C f和负载R L。
图1 不对称半桥主电路图电路的稳态工作原理为：1）当S1导通时，变压器原边承受正向电压，副边N S1工作，二极管D1导通，开关S2，二极管D2截止；2）当S2导通时，隔直电容C b加在变压器的原边，副边N S2工作，开关S1，二极管D1截止。
理想的工作波形见图2。
其中n1=N p/N S1，n2=N p/N S2，且n1=n2=n。
通过对电路的稳态分析，可以得到以下的一些公式。
