一种新颖的副边控制型DCDC半桥变换器-中国电气传动网欢VIP免费

一种新颖的副边控制型DC/DC半桥变换器杜少武丁莉合肥工业大学摘要：提出一种新颖的副边控制型DC/DC半桥变换器。该变换器从空载到满载均能实现软开关，其中原边开关管实现ZVS，副边开关管实现ZCS。变换器优越的输出波形减小了输出滤波器的体积。分析了该变换器的工作原理和工作特性，并通过一个100W（输出12V/8.4A）的原理样机进行了验证，最后给出了实验结果。关键词：副边控制零电压零电流DC/DC变换器ANovelHalf-bridgeDC/DCConverterUsingSecondary-sideControlDuShaowuDingLiAbstract:Anovelhalf-bridgeDC/DCconverterusingsecondary-sidecontrolisproposed.ItachievesZVSfortheprimarysideswitchesandZCSforthesecondarysideswitches.Thefilterrequirementsaresignificantlyreducedforthesuperiorfilterwaveforms.Theprincipleandcharacteristicsoftheproposedconverterisanalyzed,andverifiedona100W(12V/8.4Aoutput)experimentalprototype,andexperimentalresultsarepresented.Keywords:secondary-sidecontrolZVSZCSDC/DCconverter1引言移相控制全桥DC/DC变化器已成为中大功率DC/DC变换器的较理想的实现方式之一。它不用附加谐振元件，只是利用变压器的漏感和开关管（MOSFET）的结电容就可以实现开关管的零电压开关，拓扑及控制均简单，能恒频运行。但移相ZVS全桥变换器在轻载时难以实现滞后桥臂的ZVS开关；另外在零状态时，原边有较大的环流，这就增大了导通损耗。为实现轻载时的ZVS，需要有足够大的原边电流。这样就有两种方式增大原边电流：增大负载电流分量或增大激磁电流分量。传统的方式是增大负载电流分量，在原边串联大电感，这种方法虽然可以增大实现ZVS的负载范围，却造成重载时副边电压的占空比丢失，需增大变压器变比才能保证输出同样的电压，这样就导致原边电流和导通损耗的增加。若将大电感改为饱和电感，虽然减小的占空比的丢失，但却是以增大通态损耗为代价的。激磁电流与负载无关，可以利用它来实现即使是空载时的ZVS。然而激磁电流的增加使得导通损耗也随之增加，这是因为在变换器处于零状态时，激磁电流以峰值形成环流，增大的变压器和开关管电流的有效值。若能减小或消除环流时间，损耗会大大减小。本文提出一种副边控制的方案，原边不用实现PWM控制，故原边可采用不可控半桥，使得激磁电流在增大的同时消除环流时间，减少损耗。并且该变换器较为理想的输出电压波形也减小了输出滤波器的体积。2工作原理图1为一种新颖的副边控制型DC/DC半桥变换器的主电路拓扑。Ci1，Ci2为分压电容，容量相等。S1，S2为原边开关管，C1，C2，D1，D2为S1，S2的体二极管和结电容。S3，S4为副边1开关管。Dr1~Dr4为副边整流二极管，Lf为输出滤波电容，Cf为输出滤波电容。中心抽头变压器内部绕组变比为n1，外部绕组为n2（这里变比均值副边绕组比原边绕组）。变压器的激磁电感为Lm，变压器漏感为Lr，且Lm>>Lr。图1主电路结构在分析工作原理之前，先作出如下假设：1）除了考虑S1，S2的体二极管和结电容之外，所有的开关管和二极管均为理想元件；2）Ci1=Ci2，容量相等且足够大，均分输入电压；3）C1=C2=Cr4）滤波电感Lf足够大，滤波电容Cf足够大。图2为该变换器的工作波形。原边开关工作在恒定的开关频率下，在一个周期内，两个开关图2工作波形各导通180°（实际工作时需加入一定的死区时间，以防止上下桥臂直通）。变换器的一个开关周期包括12个工作阶段：1）阶段1[0～t0]。S1，S3导通，原边向负载传送能量。原边电流经S1、谐振电感Lr、变压器原边绕组。副边电流回路是：从副边绕组经整流二极管Dr1、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cf与负载R，回到副边绕组。副边整流电压Vrect、反射回原边的负载电流ipl、变压器的激磁电流ipm、原边总电流ip分别为Vrect=(n1+n2)Vin2ipl=(n1+n2)Ioipm(t)=Vin2Lm⋅t+ipm(0)ip(t)=ipl+ipm(t)2）阶段2[t0～t1]。t0时刻S1关断，原边电流转移到C1，C2支路，对C1充电，C2放电，故S1是零电压关断。原边电压虽然减小，但尚未减小到零，因此负载电流仍然能反射到原边，即Lf仍能参与谐振。而传统移相全桥中，在超前臂关断，滞后臂刚刚开始转换时反射的负载电...