改進型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器

此時

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

3）t₁～t_d時間段

在t₁時刻，D₄導通，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。在這時間段有

v_p=V_in（15）

i_p=I₂＋(t－t₁)（16）

圖4 t₁～t_d時間段電路等效拓撲

此過程可分為以下兩種情況。

（1）在死區t_d結束時，i_p(t_d)≤I₁，則在t_d時刻，原邊電流為

i_p(t_d)=I₂＋(t_d－t₁)（17）

（2）設在t₂時刻（t₂t_d），i_p(t₂)=I₁，則在時刻t₂，這一過程結束。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時刻，原邊電流為

i_p(t_d)=I₁（19）

開關管S₄實現零電壓開通的條件是在t_d時刻，開關管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時刻之后

在t_d時刻，開關管S₄開通，由于此時二極管D₄處于導通狀態，開關管兩端的電壓被箝位在零，所以開關管S_{4實現了零電壓開通。}

1.3 參數設計

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

1）在t_d=2I₁時，

I_Lrx(max)>=t_d－I₁＋I_x（21）

2）在t_d>2I₁時，

I_Lrx(max)>=I₁＋I_x（22）

式中：t_d為死區時間；

I_x為滿足在死區時間內完成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，電路能滿足ZVS條件，那么電路在全部負載范圍內都能實現ZVS。

根據以上分析，滿足滯后臂在全部負載范圍都能實現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）

假設在整個工作過程中電容C_rx電壓變化不超過5％輸入電壓V_in，則有

C_rx>=牛27）

2 實驗結果

利用以上分析應用于一48V/6V實驗電路，該電路的主要數據為：

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）主電路開關頻率f_s=50kHz；

5）死區時間t_d=200ns；

6）變壓器變比n=10∶2；

7）變壓器漏感L_lk=2.2μH；

8）主開關管采用IRF530，輸出結電容C_oss=215pF。

根據以上分析，利用式（23）～式（27），輔助諧振支路的參數為

L_rx=50μH，C_rx=5μH

圖5，圖6及圖7是該實驗電路滯后臂在開關過程中的開關管電壓v_DS和驅動電壓v_GS的實驗波形。由圖可見，開關管在全部負載范圍內實現了零電壓開關。

圖5 空載狀態滯后臂下管實驗波形（I_o=0.05A）

圖6 臨界狀態滯后臂下管實驗波形(I_o=12.5A)

圖7 滿載狀態滯后臂下管實驗波形(I_o=40A)

3 結語

本文所討論的改進型全橋移相ZVS-PWM DC/DC變換器不僅保持了全橋移相PWM電路拓撲結構簡潔、控制方式簡單的優點，而且保證了滯后臂在全負載范圍內實現零電壓開關。同時，輔助支路是無源的，容易實現且基本上不影響變換器的可靠性。