改進(jìn)型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器

此時(shí)

i_p(t₁)=－(I_Lrx(max)＋I₁)cosωt₁＋I_Lrx(max)=I₂（14）

3）t₁～t_d時(shí)間段

在t₁時(shí)刻，D₄導(dǎo)通，變壓器原邊電流i_p在輸入電壓V_in作用下線性上升。此階段等效電路如圖4所示。在這時(shí)間段有

v_p=V_in（15）

i_p=I₂＋(t－t₁)（16）

圖4 t₁～t_d時(shí)間段電路等效拓?fù)?

此過程可分為以下兩種情況。

（1）在死區(qū)t_d結(jié)束時(shí)，i_p(t_d)≤I₁，則在t_d時(shí)刻，原邊電流為

i_p(t_d)=I₂＋(t_d－t₁)（17）

（2）設(shè)在t₂時(shí)刻（t₂t_d），i_p(t₂)=I₁，則在時(shí)刻t₂，這一過程結(jié)束。此后保持

i_p(t)=I₁(t₂=t=t_d)（18）

原邊通過變壓器向副邊提供能量。在t_d時(shí)刻，原邊電流為

i_p(t_d)=I₁（19）

開關(guān)管S₄實(shí)現(xiàn)零電壓開通的條件是在t_d時(shí)刻，開關(guān)管S₄上電壓為零，即v_c(t_d)=0，必須滿足

i_p(t_d)=I_Lrx(max)（20）

4）t_d時(shí)刻之后

在t_d時(shí)刻，開關(guān)管S₄開通，由于此時(shí)二極管D₄處于導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管兩端的電壓被箝位在零，所以開關(guān)管S_{4實(shí)現(xiàn)了零電壓開通。}

1.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

由于實(shí)際電路中I_Lrx(max)足夠大，諧振過程（t₀～t₁）很快就完成了。電路實(shí)現(xiàn)ZVS的條件可以近似為

1）在t_d=2I₁時(shí)，

I_Lrx(max)>=t_d－I₁＋I_x（21）

2）在t_d>2I₁時(shí)，

I_Lrx(max)>=I₁＋I_x（22）

式中：t_d為死區(qū)時(shí)間；

I_x為滿足在死區(qū)時(shí)間內(nèi)完成S₃充電，S₄放電所需要的最小電流。

I_x=（23）

可見，只要在

I₁(t)=（24）

時(shí)，電路能滿足ZVS條件，那么電路在全部負(fù)載范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)ZVS。

根據(jù)以上分析，滿足滯后臂在全部負(fù)載范圍都能實(shí)現(xiàn)ZVS的條件為

I_Lrx(max)>-I₁(t)＋I_x（25）

則輔助支路電感L_rx為

L_rx=疲26）

假設(shè)在整個(gè)工作過程中電容C_rx電壓變化不超過5％輸入電壓V_in，則有

C_rx>=牛27）

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用以上分析應(yīng)用于一48V/6V實(shí)驗(yàn)電路，該電路的主要數(shù)據(jù)為：

1）輸入直流電壓V_in=48V；

2）輸出直流電壓V_o=6V；

3）滿載輸出電流I_o(max)=40A；

4）主電路開關(guān)頻率f_s=50kHz；

5）死區(qū)時(shí)間t_d=200ns；

6）變壓器變比n=10∶2；

7）變壓器漏感L_lk=2.2μH；

8）主開關(guān)管采用IRF530，輸出結(jié)電容C_oss=215pF。

根據(jù)以上分析，利用式（23）～式（27），輔助諧振支路的參數(shù)為

L_rx=50μH，C_rx=5μH

圖5，圖6及圖7是該實(shí)驗(yàn)電路滯后臂在開關(guān)過程中的開關(guān)管電壓v_DS和驅(qū)動(dòng)電壓v_GS的實(shí)驗(yàn)波形。由圖可見，開關(guān)管在全部負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓開關(guān)。

圖5 空載狀態(tài)滯后臂下管實(shí)驗(yàn)波形（I_o=0.05A）

圖6 臨界狀態(tài)滯后臂下管實(shí)驗(yàn)波形(I_o=12.5A)

圖7 滿載狀態(tài)滯后臂下管實(shí)驗(yàn)波形(I_o=40A)

3 結(jié)語

本文所討論的改進(jìn)型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器不僅保持了全橋移相PWM電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡潔、控制方式簡單的優(yōu)點(diǎn)，而且保證了滯后臂在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。同時(shí)，輔助支路是無源的，容易實(shí)現(xiàn)且基本上不影響變換器的可靠性。