一种新的移相全桥零电压开关PWM变换器

第２４卷第６期　空军雷达学院学报　２０１０年１２ｆ］　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｉｒＦ—ｏｒｃｅＲａｄａ—ｒＡｃａｄｅｍ　ＶＯ１．２４　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２０１０　文童编号：１６７３—８６９１（２０１０）０６　０４２５—０４　

一种新型零电压零电流开关移相全桥变换器　王光　，余明友　，朱忠尼。，金建伟　（１．空军雷达学院研究生管理大队，武汉４３００１９；　２．空军雷达学院科研部，武汉４３００１９；　３．空军雷达学院五系，武汉４３００１９）　摘要：为了解决传统零电压零电流开关（ＺＶＺＣＳ）ＰＷＭＤＣ／ＤＣ变换器滞后桥臂零压范围较小、环流损耗　大的问题，采用串联双变压器、滞后桥臂带辅助网络和倍压整流电路，提出了一种新型零电压零电流移相全桥　变换器．首先分析了变换器在稳态下的各种工作状态，给出了相关计算公式，并制作了一台实验样机进行原理　验证．实验结果表明：该变换器能够在较宽的负载范围内实现滞后桥臂的零电压开通，重载下实现零电流开通，　从而极大地降低高频电路初级开关损耗和次级电磁干扰．　关键词：零电压零电流开关；全桥移相：辅助网络；全桥变换器　中图分类号：ＴＭ４６　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—８６９１．２０１０．０６．０１０　

全桥变换器拓扑是目前ＤＣ／ＤＣ变换器中最常　用的电路拓扑之一，也是应用最广泛的全桥移相　变换器　Ｊ．目前采用的有限双极性控制方式的ＺＶＺＣＳ　电路实现简单，但由于采用超前桥臂反向雪崩击　穿来消耗变压器漏感储能，开关管的功耗增加，发　热严重　Ｊ．原边使用饱和电感的ＺＶＺＣＳ电路具有　软开关负载范围宽、占空比损失小的优点．但实现　困难，占空比丢失严重　ｊ．采用有源箝位的ＺＶＺＣＳ　电路很好地解决了原边使用饱和电感的ＺＶＺＣＳ电　路中的问题．但增加了一个工作在硬开关下的功　率管，损耗变大；而会产生电压尖峰＿４　．使用无源　无损网络副边箝位ＺＶＺＣＳ电路简单、容易实现，　但会出现较大的尖峰＿５　Ｊ．本文提出一种新的带辅助　网络的结构，在不影响超前桥臂的零电压开通状　态，又能在较宽的负载范围内实现滞后桥臂的ＺＶＳ．　在重载时实现滞后桥臂的ＺＣＳ，由于这些辅助电　路与主功率回路是并联的，因此辅助电路电感和　电容的电流、电压应力均与负载无关，且均较小，　同时电路结构简洁等．最后通过实验，验证了理论　分析的正确性．　１　新型ＺＶＺＣＳ移相全桥变换器电路拓扑　采用辅助网络的新型ＺＶＺＣＳ移相全桥变换器　的电路如图１所示．该变换器主要由辅助网络、高　频变换器、２个串联的功率变压器　Ｊ、输出电压倍　增器　４个部分组成．　辅助电路的主要作用是在较宽的范围内实现　滞后桥臂轻负载时的零电压开通和重负载时的零　电流开通．电感　和电解电容Ｃ。、Ｃ２是辅助电路　的主要组成部分．　

移相全桥变换器可以大大减少功率管的开关电压、电流应力和尖刺干扰，降低损耗，提高开关频率。如何以UC3875为核心，设计一款基于PWM软开关模式的开关电源？请见下文详解。

主电路分析

这款软开关电源采用了全桥变换器结构，使用MOSFET作为开关管来使用，参数为1000V/24A.采用移相ZVZCSPWM控制，即超前臂开关管实现ZVS、滞后臂开关管实现ZCS.电路结构简图如图1,VT1~VT4是全桥变换器的四只MOSFET开关管，VD1、VD2分别是超前臂开关管VT1、VT2的反并超快恢复二极管，C1、C2分别是为了实现VTl、VT2的ZVS设置的高频电容，VD3、VD4是反向电流阻断二极管，用来实现滞后臂VT3、VT4的ZCS,Llk为变压器漏感，Cb为阻断电容，T为主变压器，副边由VD5~VD8构成的高频整流电路以及Lf、C3、C4等滤波器件组成。

图1 1.2kw软开关直流电源电路结构简图

其基本工作原理如下：

当开关管VT1、VT4或VT2、VT3同时导通时，电路工作情况与全桥变换器的硬开关工作模式情况一样，主变压器原边向负载提供能量。通过移相控制，在关断VT1时并不马上关断VT4,而是根据输出反馈信号决定移相角，经过一定时间后再关断VT4,在关断VT1之前，由于VT1导通，其并联电容C1上电压等于VT1的导通压降，理想状况下其值为零，当关断VT1时刻，C1开始充电，由于电容电压不能突变，因此，VT1即是零电压关断。

由于变压器漏感L1k以及副边整流滤波电感的作用，VT1关断后，原边电流不能突变，继续给Cb充电，同时C2也通过原边放电，当C2电压降到零后，VD2自然导通，这时开通VT2,则VT2即是零电压开通。 当C1充满电、C2放电完毕后，由于VD2是导通的，此时加在变压器原边绕组和漏感上的电压为阻断电容Cb两端电压，原边电流开始减小，但继续给Cb充电，直到原边电流为零，这时由于VD4的阻断作用，电容Cb不能通过VT2、VT4、VD4进行放电，Cb两端电压维持不变，这时流过VT4电流为零，关断VT4即是零电流关断。

第24卷 第1期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.24 No.1 Jan. 2004 2004年1月 Proceedings of the CSEE ©2004 Chin.Soc.for Elec.Eng.

文章编号：０２５８－８０１３（２００４）０１－０１４７－０６ 中图分类号：ＴＭ７１４ 文献标识码：Ａ 学科分类号：４７０・４０３１　

一种新型的全桥零电压零电流开关ＰＷＭ变换器　

许 峰，徐殿国，柳玉秀　

（哈尔滨工业大学　电气工程系，黑龙江　哈尔滨　１５０００１）　

Ａ　ＮＯＶＥＬ　ＺＥＲＯ－ＶＯＬＴＡＧＥ　ＡＮＤ　ＺＥＲＯ－ＣＵＲＲＥＮＴ－ＳＷＩＴＣＨＩＮＧ　（ＺＶＺＣＳ）　ＦＵＬＬ－　

ＢＲＩＤＧＥ　ＰＷＭ　ＣＯＮＶＥＲＴＥＲ　

ＸＵ　Ｆｅｎｇ，ＸＵ　Ｄｉａｎ－Ｇｕｏ，ＬＩＵ　Ｙｕ－Ｘｉｕ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ．Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｚｅｒｏ　ｖｏｌｔａｇｅ　ａｎｄ　ｚｅｒｏ　ｃｕｒｒｅｎｔ　

ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　（ＺＶＺＣＳ）ｆｕｌｌ　ｂｒｉｄｇｅ（ＦＢ）ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕ　

ｌａｔｉｏｎ　（ＰＷＭ）　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎ　

ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｎｓｉｓｔｓ　ｏｆ　ａ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｏｕｔｐｕｔ　

ｉｎｄｕｃｔｏｒ　ａｎｄ　ａ　ｄｉｏｄｅ，ｉｓ　ａｄａｐｔｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｚｅｒｏ－　

ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　（ＺＣＳ）　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｉｍａｒｙ

ｌａｇｇｉｎｇ－ｌｅｇ　ｓｗｉｔｃｈｅｓ．Ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｓｉｍｐｌｅ　

ｃｉｒｃｕｉｔ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｌｏｗ　ｃｏｓｔ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　

一类移相全桥DC/DC变换器的设计

发布时间：2022-08-30T08:16:01.999Z 来源：《当代电力文化》2022年第8期 作者： 张娟

[导读] 本文设计了一种的移相全桥开关电源，本文以UC3875芯片为主控芯片，对控制电路，驱动电路

张娟

济南市排水服务中心 山东济南，250200

摘要：本文设计了一种的移相全桥开关电源，本文以UC3875芯片为主控芯片，对控制电路，驱动电路，保护电路进行了设计，最后用

Saber仿真软件完成仿真实现，仿真结果表明系统的可实现性。

关键词： 零电压开关技术 移相控制 全桥拓扑

1 引言

目前，开关电源的发展方向正是向着微型化、低电压大电流和模块化的方向[1-3]。国外各大开关电源制造商致力于对新型高智能化的元器件的研发，重点是如何减少二次测整流器件产生的损耗，与之对应的是小型化的电容技术，也是一项非常关键的技术[3-4]。

开关电源的可靠性也进一步发展，美国的开关电源生产商通过各种方式降低期间应力，如降低结温，降低运行电流等，大大提高产品可靠性。现在，移相全桥软开关技术已经开始成熟[5]，但是在国内企业得不到广泛应用，尤其是环路设计，需要进行理论与实际的结合

[6]。

2 开关电源基本工作原理

开关电源常用的拓扑类型可有推挽型拓扑，半桥型拓扑，全桥型拓扑三种，其中推挽型拓扑会使电力电子产生较长的应力，适用输入电压比较的场合。本开关电源的主要组成部分输入电路，DC/DC变换电路，输出电路。电源输入的为电网交流电压，当电源工作在不稳定

环境下时，设计加入了电压反馈调节以保证电源的稳定输出，将输出侧的电压采样信号送入控制芯片UC3875，通过控制芯片改变移相角调

节PWM脉冲波的输出宽度，从而控制全桥拓扑变换器工作的占空比，使电压稳定。

图1 开关电源结构框图

3.控制电路设计

中大功率开关电源的控制电路的核心控制芯片采用了移相全桥专用控制芯片 UC3875，输出的驱动信号通过专门的控制电路控制功率管。