280 W移相全橋軟開關DC／DC變換器設計

摘要：為抑制輸出整流二極管反向恢復引起的電壓振蕩，采用原邊帶箝位二極管的電路拓撲設計DC／DC變換器。通過調節移相角調節輸出電壓，利用開關管的結電容和外接電容以及原邊串聯電感作為諧振元件，使開關管能進行零電壓開通和關斷，與傳統的移相變換器相比，在變壓器原邊增加了2個二極管對輸出整流二極管進行箝住，實驗表明，該方案在實現開關管零電壓開通和關斷的同時，能夠抑制輸出整流二極管兩端的電壓振蕩，減小輸出整流二極管的電壓應力。
關鍵詞：軟開關變換器；寄生振蕩；箝住二極管；尖峰電壓

移相控制的全橋PWM變換器是最常用的中大功率DC／DC變換電路拓撲形式之一。移相PWM控制方式利用開關管的結電容和高頻變壓器的漏電感或原邊串聯電感作為諧振元件，使開關管能進行零電壓開通和關斷，從而有效地降低了電路的開關損耗和開關噪聲，減少了器件開關過程中產生的電磁干擾，為變換器提高開關頻率、提高效率、減小尺寸及減輕質量提供了良好的條件。然而，傳統的移相全橋變換器的輸出整流二極管存在反向恢復過程，會引起寄生振蕩，二極管上存在很高的尖峰電壓，需增加阻容吸收回路進行抑制，文獻提出了兩種帶箝位二極管的拓撲，可以很好地抑制寄生振蕩。本文采取文獻提出的拓撲結構，設計了一臺280 W移相全橋軟開關DC／DC變換器，該變換器輸入電壓為194～310 V，輸出電壓為76V。

1 主電路拓撲及工作過程分析
本設計所采用的主電路拓撲如圖1所示。其中VQ1～VQ4為4個開關管，VD1～VD4分別是4個開關管的寄生二極管，C1～C4分別為4個開關管的結電容和外接電容，VQ5和VQ6是2個箝位二極管，Lr是諧振電感，VDR1和VDR5為輸出整流二極管，CDR1和CDR2為輸出整流二極管的等效并聯電容。VQ1和VQ3組成超前橋臂，VQ2和VQ4組成滯后橋臂，每個橋臂的2個開關管互補180°導通，2個橋臂的導通角相差1個相位。即移相角，通過調節該相位就可以調節輸出電壓。這種拓撲通過增加2個箝位二極管VQ5、VQ6來消除次級整流管反向恢復引起的電壓振蕩，減小了次級整流管的電壓應力，并且箝位二極管VQ5、VQ6，在一個周期里分別只導通一次，減小了二極管VQ5，VQ6的電流損耗，提高了變換器的效率。圖2為變換器的工作波形，其中，iLr為Lr上的電流，ip為變壓器原邊電流，UAB為A、B兩點電壓差，iD5為VD5的電流，iD6為VD6的電流。