适合于宽负载条件运行的有限双极性软开关DC／DC变换器

O 引言

全桥移相ZVS变换器近年来得到了广泛关注，在中大功率的通讯电源和电力操作电源中得到广泛的应用。然而，这种控制方法有以下几个明显的缺点。

(1)滞后臂开关管在轻载下将失去零电压开关功能；

(2)为了实现滞后臂的ZVS，必须在电路中串联电感，这会引起占空比丢失，增人了原边电流定额；

(3)原边存在较大环流，增加了系统通态损耗。

为了解决这些问题，人们针对IGBT拖尾电流大的特点义提出了全桥移相ZVZCS变换器。其主要思路是超前臂实现ZVS，滞后臂实现ZCS，从而从根本上解决了原先全桥移相ZVS变换器中滞后臂零电压开关困难的问题。由于不需要外加电感，占空比丢失问题随之解决，环流也大大减小。实现滞后臂的ZCS目前主要有以下几种办法。

(1)副边有源箝位的ZVZCS方法，但增加了成本，并由于需要复杂的隔离驱动而降低了可靠性；

(2)副边无源箝位和原边无源箝位；

(3)利用IGBT的反向雪崩击穿电压；

(4)原边串联饱和电感和隔直阻断电容。

但移相控制本身还有一个难以克服的缺点，即死区时间不好调整。当负载较重时，由于环流大，超前臂功率管上并联的电容放电较快，因此实现零电压导通比较容易，但当负载较轻时，超前臂功率管上并联的电容放电很慢，超前桥臂的开关管必须延时很长时间才能实现ZVS导通。传统的移相控制很难调整这个死区时间。

本文研究了一种名为有限双极性控制的控制方法，配合上面介绍的原边串联饱和电感和隔直电容的ZVZCS PWM全桥拓扑，可以在很宽的负载范围内实现超前臂的ZVS和滞后臂的ZCS。

1 ZVZCS PWM全桥电路有限双极性控制原理分析

l.1 电路拓扑

有限双极性控制ZVZCS PWM全桥电路拓扑如图1所示。S1～S4共4个功率管(内带续流二极管)组成一个全桥电路。其中，S1、S2组成超前桥臂，两端分别并联吸收电容C1、C2、S3、S4组成滞后桥臂；Cb为隔直电容，Ls为饱和电感。

l.2 工作原理

改进传统的移相PWM电路，采用有限双极性的控制方法，超前臂与滞后臂同时开通，并且在超前臂与滞后臂之间串联一个隔直电容Cb以及饱和电感Ls。饱和电感相当于一个开关，有电流的时候电感饱和，相当于短路；没有电流或电流很小时，有较大电感。利用隔直电容在环流期间加速环流衰减，使得滞后臂实现零电流关断，并且利用饱和电感Ls阻止LC振荡电流反向(反向电流不足以使饱和电感饱和，其电感值很大)；在滞后臂开通时．由于饱和电感处于不饱和状态，电流上升慢，实现零电流开通。图2所示即为全桥有限双极性控制时序及各主要变量响应图。其中，vgs1～vgs4为S1～S4管的驱动波形，Uab为ab两点间电压，ip为原边电流。

1．2．1 模态1——功率传输

在t0～t1时刻，S1和S4导通，此时电流ip一方面通过变压器原边将电能传输到负载，另一方面给阻断电容cb充电，Ls处于饱和状态，电容Cb电压线性增加。Ip=I0/n恒定不变。如图3所示。

1．2. 2 模态2——超前臂的零电压关断

超前臂S1于t1时刻关断，原边电流ip从S1中转移到C1、C2支路中，C1充电，C2放电。因为C1电压不能突变，开始时为零，实现S1的零电压关断；饱和电抗器流过电流，尚未退出饱和状态，阻抗为零。当Uc2降到零，二极管D2续流，t2时刻S2上的电压为零，为以后S2的零电压开通做好准备。如图4所示。

O 引言

全桥移相ZVS变换器近年来得到了广泛关注，在中大功率的通讯电源和电力操作电源中得到广泛的应用。然而，这种控制方法有以下几个明显的缺点。

(1)滞后臂开关管在轻载下将失去零电压开关功能；

(2)为了实现滞后臂的ZVS，必须在电路中串联电感，这会引起占空比丢失，增人了原边电流定额；

(3)原边存在较大环流，增加了系统通态损耗。

为了解决这些问题，人们针对IGBT拖尾电流大的特点义提出了全桥移相ZVZCS变换器。其主要思路是超前臂实现ZVS，滞后臂实现ZCS，从而从根本上解决了原先全桥移相ZVS变换器中滞后臂零电压开关困难的问题。由于不需要外加电感，占空比丢失问题随之解决，环流也大大减小。实现滞后臂的ZCS目前主要有以下几种办法。

(1)副边有源箝位的ZVZCS方法，但增加了成本，并由于需要复杂的隔离驱动而降低了可靠性；

(2)副边无源箝位和原边无源箝位；

(3)利用IGBT的反向雪崩击穿电压；

(4)原边串联饱和电感和隔直阻断电容。

但移相控制本身还有一个难以克服的缺点，即死区时间不好调整。当负载较重时，由于环流大，超前臂功率管上并联的电容放电较快，因此实现零电压导通比较容易，但当负载较轻时，超前臂功率管上并联的电容放电很