移相橋滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的方法綜述

摘要：介紹了移相橋滯后橋?qū)崿F(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的困難，以及近幾年來(lái)出現(xiàn)的幾種解決方法，重點(diǎn)分析了它們的工作原理，比較了它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：零電壓全橋變換器；超前橋臂；滯后橋臂；諧振網(wǎng)絡(luò)

0 引言

全橋變換器（Full-bridge Converter）通常應(yīng)用于功率大于400W的開(kāi)關(guān)電源中，特別是在大功率的通信電源中應(yīng)用比較廣泛。但是，硬開(kāi)關(guān)條件下的全橋變換器會(huì)帶來(lái)很大的開(kāi)關(guān)損耗，不利于開(kāi)關(guān)頻率和電源轉(zhuǎn)換效率的提高。針對(duì)硬開(kāi)關(guān)損耗大的問(wèn)題，有人提出了移相控制方法。通過(guò)移相控制可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通和關(guān)斷，從而大大改善了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷條件，這樣便可以提高開(kāi)關(guān)的頻率，減少電源的體積，提高電源的轉(zhuǎn)換效率。

1 概述

移相全橋變換器如圖1所示。要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，必須要有足夠的能量用來(lái)抽走將要開(kāi)通的開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容（或外部附加電容）上的電荷；并給同一橋臂要關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容（或外部附加電容）充電；同時(shí)，考慮到變壓器的原邊繞組的寄生電容，還要抽走變壓器原邊繞組寄生電容上的電荷。

圖1 傳統(tǒng)零電壓開(kāi)關(guān)的移相全橋電路

由于超前橋臂在開(kāi)關(guān)過(guò)程中有輸出電流的參與，因此，很容易實(shí)現(xiàn)ZVS。而滯后橋臂在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，變壓器原邊是短路的，此時(shí)整個(gè)變換器就被分成兩部分，一部分是原邊電流逐漸改變流通方向，其流通路徑由逆變橋提供；另一部分是負(fù)載電流由整流橋提供續(xù)流回路。負(fù)載側(cè)與變壓器原邊沒(méi)有關(guān)系。此時(shí)用來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS的能量只是諧振電感（漏感和附加諧振電感）中的能量。而諧振電感很小，因此，滯后橋臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通比較困難。

2 非拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性改變的解決方法

從上面的分析可知，滯后橋臂的開(kāi)關(guān)動(dòng)作發(fā)生在回流過(guò)程向能量傳送過(guò)程的轉(zhuǎn)化階段，由于輸出電感電流不能反饋到原邊，使滯后橋臂的開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容只能依靠變壓器原邊的諧振電感進(jìn)行充放電，而諧振電感中存儲(chǔ)的能量很小，使得滯后橋臂開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通變得很難,特別是在低負(fù)載的時(shí)候更為明顯。

要實(shí)現(xiàn)滯后橋臂的ZVS，必須滿足L_rI₂²>C_lagV_in²＋C_trV_in²，要滿足它就必須增加諧振電感L_r和增加電流I₂。這樣，就有兩種非拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性改變的方法可以解決滯后橋臂開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通難的問(wèn)題：增加勵(lì)磁電流和增加諧振電感。但是，增加勵(lì)磁電流會(huì)增加變壓器的損耗，增加諧振電感又將引起副邊占空比的丟失。為了更容易實(shí)現(xiàn)滯后橋臂的開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通，達(dá)到既不增加開(kāi)通損耗，又減少占空比丟失的目的，近來(lái)一些新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被提出。

3 滯后橋臂并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的零電壓開(kāi)關(guān)移相全橋變換器

為了克服滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)難的問(wèn)題，同時(shí)又不會(huì)引起占空比的丟失和開(kāi)通損耗的增大，文獻(xiàn)提出了一種在滯后橋臂并聯(lián)一個(gè)諧振電感和兩個(gè)諧振開(kāi)關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。開(kāi)關(guān)的控制策略如圖3所示。本拓?fù)湓诎雮€(gè)周期內(nèi)有6個(gè)工作模態(tài)。

圖2 滯后橋臂并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)的ZVS移相全橋變換器