不對稱半橋變換器的研究

4 不對稱半橋的改進

對圖1的穩態分析還可以得出輸出二級管關斷時承受的反向電壓

V_D1= （9）

V_D2= （10）

如前所述,不對稱半橋占空比的最大值是0.5。所以,從式（9）和式（10）可以得出，當占空比很小時，二極管D₂承受的反壓就會很大。而且這種情況在輸入電壓范圍寬時更加嚴重。

如果采用副邊繞組不相等的電路（即N_s2/N_s1大于1），則占空比就可以大于0.5，從而消除這種二極管電壓應力不均的問題。這時不對稱半橋的輸出電壓為

V_o= （11）

下面具體推導如何根據已知條件求出Ns2/Ns1的值。

令a=N_s2/N_s1 （12）

則式（11）可變為

N_s1= （13）

令占空比的變化范圍為D₁～D₂，且D₁0.5D₂，也就是說，當輸入電壓為最大值V_inmax時，占空比為D₁，當輸入電壓為最小值時，占空比為D₂，即

N_s1= （14）

N_s1= （15）

由式(14)，式(15)可得

=· （16）

令f(D₂)=，并求這個函數的最大值，可以得出，在

D₂= （17）

時，函數f(D₂)取得最大值。顯而易見，當占空比對稱地分布在0.5左右時，可以得到最理想效果。可以得到

D₁= （18）

把式（17）和（18）代入式（16），就可以得到a的值了。

以本文實驗為例，來說明不對稱繞組對二極管選用的好處。

圖5是輸出電壓為12V時輸出二極管的電壓應力圖。從圖5中可以看出，當N_s2/N_s1增加時，二極管D₁的電壓應力會增大，而二極管D₂的電壓應力會減小。當N_s2/N_s1=1時，2個二極管的電壓應力范圍約為25～50V。當N_s2/N_s1=3時，二極管的最大電壓應力小于35V。

圖5 輸出二極管的電壓應力

5 結語

不對稱半橋DC/DC變換器由于采用了互補的PWM控制，充分利用電路的特性，以諧振的方式達到開關的ZVS開通，從而消除了開關損耗，提高了電路的效率。

同時，采用副邊繞組的不對稱解決了普通的不對稱半橋電路輸出二極管電壓應力不均的問題。這樣可以選用低電壓的二極管，即節約了成本，還進一步提高了電路的效率。