移相全橋ZVS變換器的原理與設(shè)計(jì)

4占空比分析

　　由波形圖可見，由于變換器存在漏電感，使初級(jí)電流在t1～t3階段，有一定斜率，因此次級(jí)電壓占空比(t4－t3)/(t4－t0)小于初級(jí)電壓占空比(t4－t1)/(t4－t0)，造成占空比損失。開關(guān)頻率越高，占空比損失越大。

5移相全橋兩橋臂開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS的條件

　　由表1和圖3可以看出，S3和S4實(shí)現(xiàn)ZVS分別早于S1、S2，故稱S3、S4為右橋臂又稱超前橋臂，S1、S2為左橋臂又稱滯后臂。由表1可以看出S3、S4實(shí)現(xiàn)ZVS分別在(t0～t1)和(t4～t5)，S2、S1實(shí)現(xiàn)ZVS分別在(t2～t3)和(t6～t7)。而(t2～t3)和(t6～t7)時(shí)變壓器初級(jí)電流分別小于(t0～t1)和(t4～t5)時(shí)的初級(jí)電流，故滯后橋臂比超前橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)困難，特別是輕載時(shí)最為明顯。

　　從理論上分析，S1、S2實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)時(shí)，變壓器次級(jí)處于續(xù)流階段，諧振時(shí)由諧振電感釋放能量，使諧振電容電壓下降到零，從而實(shí)現(xiàn)ZVS，此時(shí)實(shí)現(xiàn)ZVS條件為：電感能量必須大于所有參與諧振的電容能量。即

LrIp2/2>(4Coss/3＋Cxfmr)×U2in

式中：4Coss/3是考慮MOS管輸出電容非線性等效電容值，Cxfmr是變壓器繞組的分布電容。由上式可見，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS主要靠諧振電感儲(chǔ)能，輕載時(shí)能量不夠大，因此滯后橋臂不易滿足ZVS條件。

　　S3、S4實(shí)現(xiàn)ZVS開關(guān)時(shí)，變壓器處于能量傳遞階段。初級(jí)電流IP=－Io/n（n為變壓器變比），初級(jí)等效電感Le=Lr＋n2LO。所以根據(jù)ZVS條件，電感能量必須大于所有參與諧振的電容能量，應(yīng)有Le(Io/n)2/2>（4Coss/3＋Cxfmr)Uin2。由于Le(Io/n)2/2相當(dāng)大，故即使輕載時(shí)超前橋臂也較容易滿足ZVS條件。

6移相全橋PWM控制器

　　移相全橋PWM控制技術(shù)最關(guān)鍵的是器件的導(dǎo)通相位能在0～180°范圍內(nèi)移動(dòng)，若控制不好，特別是左橋臂或右橋臂的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，將導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。Unitrode公司生產(chǎn)的UC3875能提供0～100％占空比的控制，并且有必要的保護(hù)、譯碼及驅(qū)動(dòng)功能，有四組驅(qū)動(dòng)輸出，每組的延時(shí)時(shí)間可控制，其控制電路如圖4所示。E/A＋接固定的25V電壓（VREF=5V,R5、R9為10kΩ)，作電壓給定信號(hào)。E/A－接對(duì)應(yīng)的輸出電壓和EA＋比較，從而控制OUTA～OUTD的相位，最終控制輸出電壓。C/S＋接控制信號(hào)(如初級(jí)過流信號(hào)等)，當(dāng)初級(jí)過流時(shí)，C/S＋大于25V，UC3875停止輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而將變換器輸出關(guān)閉，防止了災(zāi)難事故的發(fā)生。驅(qū)動(dòng)信號(hào)由OUTA～OUTD輸出，并經(jīng)TC4420擴(kuò)流，由驅(qū)動(dòng)變壓器去驅(qū)動(dòng)S1～S4MOS管，其延時(shí)時(shí)間由UC3875的7腳、15腳外接電阻確定，實(shí)際的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)序如圖5所示。

圖5驅(qū)動(dòng)信號(hào)、變壓器次級(jí)信號(hào)波形圖

7結(jié)語

(1)換向死區(qū)時(shí)間的控制對(duì)實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)很重要。

(2)UC3875控制電路的控制部分和輸出驅(qū)動(dòng)部分供電電源應(yīng)分開，否則移相時(shí)將引起頻率變化。

　　(3)為了在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS，要在變壓器初級(jí)串一個(gè)諧振電感，但諧振電感不能太大，電感太大會(huì)帶來占空比丟失，初級(jí)電流較大，導(dǎo)通損耗增大，電感發(fā)熱等問題，并且效率大大降低。

　　根據(jù)中國電信總局1999年底對(duì)所有入網(wǎng)通信電源效率的要求：所有大于1kW的通信電源，其效率(從半載到滿載)應(yīng)大于90％。解決了諧振電感的發(fā)熱損耗問題，也就解決了效率問題。也可采用全橋ZVZCSPWM電路，使超前橋臂實(shí)現(xiàn)ZVS，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)ZCS，便可克服全橋ZVS的缺點(diǎn)，效率可達(dá)93％以上。