移相全桥ZVS及ZVZCS拓扑结构分析.doc

移相全桥 ZVS 及 ZVZCS 拓扑结构分析 鲁雄飞 河海大学电气工程学院，南京（210098） E-mail：luxiongfei@126.com 摘 要：总结了基于零电压及零电压零电流全桥 PWM 技术的各种典型拓扑，比较分析了 其拓扑结构及各自的特点。在不同的应用场合，我们应该根据其特点选择合适的拓扑结构。 关键词：变换器；PWM；零电压开关；零电压零电流开关； 中图分类号：TTP 引言 移相控制方式是控制型软开关技术在全开关 PWM 拓扑的两态开关模式（通态和断态） 通过控制方法变为三态开关工作模式（通态断态和续流态），在续流态中实现开关管的软开 关。全桥移相 ZVS-PWM DC/DC 变换拓扑自出现以来，得到了广泛应用，其有如下优点： ○1充分利用电路中的寄生参数（开关管的输出寄生电容和高频变压器的漏感，实现有 源开关器件的零电压开关） ○2功率拓扑结构简单 ○3功率半导体器体的低电压应力和电流应力 ○4频率固定 ○5移相控制电路简单 全桥移相电路具有以上优点，但也依然存在如下缺点： ○1占空比丢失 ○2变压器原边串联电感和副边整流二极管寄生电容振荡 ○3拓扑只能在轻载到满载的负载范围内，实现零电压软开关 目前该拓扑的研究及成果主要集中在以下方面 ○1减小副边二极管上的电压振荡 ○2减少拓扑占空比丢失 ○3增大拓扑零电压软开关的负载适应范围[1] ○4循环电流的减小和系统通态损耗的降低[2] 典型的 zvs 电路拓扑 原边串联电感电路 为了实现滞后桥臂的零电压，一般在原边串联电感（如图 1 所示）。增大变压器漏感， 以增加用来对开关输出电容放电能量。该电路具有较大的循环能量，变换器的导通损耗较 大，且增大了占空比的丢失。 -1-  Q1 D1 C1 D2 C2 Q2 Vin Lr Q3 C1 D3 Q4 D4 TR VD1 C4 Lf Rld Cf VD2 图 1 变压器原边串联电感拓扑 在实现滞后桥臂的同时，为了进一步扩大负载范围，可在原边上再串联上一饱和电感， 该电路可减小占空比的损失和减小变压器副边的寄生振荡，但是饱和电感工作在正、负饱 和值之间，而且频率很高，使得饱和电感的损耗较大，在低的输入电压情况下会引起较为 严重的副边占空比丢失。 原边串联二极管钳位电路及其改进电路 上述电路虽然实现了全桥移相电路的 ZVS，但是并没有很好地解决输出整流二级管在 反向恢复过程中的电压尖峰问题，基于此有文献[4]提出了钳位电路（如图 2） Q1 D5 D1 C1 D2 C2 Q2 Vin Lr C4 Q3 D6 C3 Q4 D3 D4 Lf D7 Rld Cf D8 图 2 原边串联二极管钳位电路拓扑 该电路在变压器原边增加一个谐振电感和两个钳位二级管，消除了输出整流管上的电 压尖峰和电压振荡，从而省去了吸收电路，可以选择低压的整流管，该电路的主要缺点是： ○1在原边电压为 0 时，谐振电感被钳位二极管短路，其电流保持不变，在电感钳位二极管 和开关管中产生较大的导通损耗；○2增加了钳位二极管的电流有效值和关断损耗；○3为了防 止直流偏磁，一般采用隔直电容与变压器或谐振电感串联，但隔直电容上的直流分量会导 致变压器原边电流或谐振电感电流不对称，影响变换器的可靠工作。 在文献[5]中提出了上述电路的改进拓扑，把谐振电感和变压器互换位置，使钳位二极 管在一个周期内只导通 1 次，降低了钳位二极管有效值，降低了导通损耗，进一步提高了 变换器效率。 -2-  副边 RCD 钳位电路拓扑 图 2 及其改进拓扑者是在原边加钳位二极管。另一种方法是在副边加钳位电路。图 3 就是一改进的副边 RCD 钳位电路拓扑[6]，该电路能有效抑制副边管的电压过冲，同时导通 损耗也较低，主要缺点是吸收电路损耗大，降低了变换器的效率。 图 3 副边 RCD 钳位电路拓扑 加辅助谐振网络电路拓扑 为了能使全桥变换电路能够工作在更大的负载范围。文献[7]中提给出了一种新颖的变 换器拓扑（如图 4） ? ? ? 图 4 加辅助谐振网络的电路拓扑 在 1 图的基础上加入一个辅助谐振网络，该文献提出了电流增强原理，其拓扑具有以 下特点：○1在任意负载和输入电压范围内实现零电压开关○2占空比丢失减小到近似接近于 0○3 电路的电感、电容、二极管的电流、电压应力很小，且与负载无关。 一种新型的 ZVS 变换器拓扑及其派生电路 在文献[8]中提出一种新型的变换器拓扑及其派生电路。该文献根据文义全桥变频电路 （如图 5） -3-  图 5 广义的全桥变频电路 提出了一种解决耗能储备与辅助电路能量之间矛盾的方法，并给出了其派生电路（如 图 6）。 图 6 输出 B 为受控时的派生电路 该电路能在宽负载范围和输入电压范围内实现 ZVS，