改进型PWM 控制 ZVS 半桥

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1、改进型PWM控制ZVS半桥DC/DC变换器原理分析对称型PWM控制ZVS半桥变换器电路拓扑变换器的工作波形工作模态的分析：在一个开关周期中该变换器有10个模态为了简化分析过程在分析变换器的工作原理之前作如下假设：1)变换器工作已经达到稳态；2)S1，S2，S3由理想开关反并联二极管和电容并联而成。C1，C2容值相等且大小为Cm，C3电容大小为Cs；3)隔直电容Cb足够大，在一个周期中其两端电压近似不变且为Vcb；4)Lr为变压器原边串联电感且包含了变压器的漏感。工作模态1[t0,t1]：在t0时刻以前，S3已经关断，经过死

2、区时间后，t0时刻，S1开通，这里先认为S1开通时C1两端电压已经为0，即S1为ZVS开通。原因在之后会解释。S1开通后，变压器原边电流ip减小到零之后开始增大。而此时处于副边整流二极管D1，D2同时导通即续流阶段。出现占空比丢失的现象。所以变压器初级侧的电压为0。此时电源电压与隔直电容电压之差作用与谐振电感Lr，其变化很快。工作模态2[t1，t2]：当原边的电流大于次级反射电流之后，副边的整流二极管D1导通，D2截止，续流结束。电源通过变压器向副边传递能量。而此时原边电压不再为0，为次级的反射电压。所以，此时谐振电感电流的变

3、化较慢。在t1时刻形成一个转折点。工作模态3[t2,t3]：t2时刻关断S1，谐振电感电流按原方向续流，电流ip为C1充电，C2放电。Uc2不断下降至零。为S2的开通做准备。而Uc1是不断上升直到Uin，因此S1是软关断。工作模态4[t3，t4]：当电容C2的电压线性降低到0以后，S2的反并联二极管导通。为S2的ZVS开通创造了条件。副边由于D1，D2都导通进行续流，所以，Ucb直接加在谐振电感两端，电流下降较快。工作模态5[t4,t5]：在t4时刻，S2实现ZVS开通。S2开通后，C1两端电压大小为iUin且保持不变。隔直电

4、容与变压器原边形成回路变压器原边电流ip减小到零以后开始反向增大。但在原边电流ip折算到副边的电流小于i2期间，即占空比丢失期间，副边仍然是整流二极管D1，D2同时导通原边不向副边传输能量。工作模态6[t5，t7]：原边电流ip继续增大当大于次级的反射i电流时，二极管D1关断，副边只有D2导通，原边向副边传输能量。在S2开通后不久就可以开通辅助管S3.虽然3S开通，但是由于D3两端施加的为反向电压。因此D3不导通。该支路没有电流流过S3，在t6时刻S3为ZCS开通。工作模态7[t7,t8]：在t7时刻，S2关断，原边电流给C1

5、放电，同时给C2充电。直至Uc2=Ucb时，该模态结束。该模态结束的时候，A,B两端的电压为0。工作模态8[t8,t9]：若UC2>UCb,时UB>UA，D3两端承受正向电压，D3导通。变压器原边经过D3和S3续流,这样谐振电感包括变压器漏感能量能够维持在电路中以备S1实现软开通。副边D1和D2同时导通进行续流。初级电流经过D3，S3续流。工作模态9[t9,t10]：在t9时刻S3关断，原边电流给C2，C3充电，同时给C1放电。由于副边处于两个二极管都导通的续流状态，此时给电容充放电完全依靠谐振电感包括变压器漏感所存储的能量。

6、设t9时刻原边电流为则：其中：谐振特征阻抗为：谐振特征角频率为：令，则综合上述各式得出此模态持续的时间为：工作模态10[t10,t11]：当电容C1电压降为零时，S1的体二极管将导通，此后若开通S1，则S1将是ZVS开通。至此一个完整的工作周期结束然后工作模态将回到模态1。实现ZVS的条件：（1）S1实现软开关的条件：从开关模态9的分析可知上管S1要实现ZVS必须有足够的能量来抽走即将开通的开关管S1的结电容C1上的电荷,并给刚关断的辅助管S3的结电容C3,下管S2的结电容C2充电。当电路参数已定时变压器原边电流值的大小将对电

7、容充放电起到关键作用因此负载的轻重对上管S1实现软开关的效果有很大影响。轻载时由于电流较小，谐振电感储能若不能完全对电容充放电则S1不能实现ZVS。下式是S1能实现软开关所需满足的条件虽然增大Lr能够增大S1实现软开关的范围，但Lr增大会使占空比丢失严重，需要折衷考虑。（2）S2实现软开关的条件：从开关模态3的分析可以看出，下管要实现ZVS必须有足够的能量来抽走即将开通的开关管S2的结电容C2上的电荷,并给刚关断的S1的结电容C1充电。即：而此时电路的输出滤波电感Lf是与谐振电感Lr成串联的等效关系，因此用来实现ZVS的能量是

8、Lr和Lf中的能量，所以有：一般来说，的值很大，这个能量都能满足S2实现ZVS开通。电路的特性分析：电路的直流分量都加在隔直电容Cb上，如果忽略占空比丢失的情况，根据变压器的伏秒平衡可得到：所以，变换器到达稳态之后：若假设副边输出电流为恒值，由输入和输出的功率相等得到：从而得