真正意义上的定频软开关PWM变换设计方案-华强资讯-华强电子网

2移相全桥ZVT软开关变换技术

　　双零变换技术中，ZVT变换技术应用比较普遍，主要用于高频有源PFC和DC/DC变换电路。ZVT变换的基本工作原理是辅助开关管与谐振电路共同工作，使主开关管实现零电压开关。

　　ZVT变换技术的主要优点有：

　　(1)定频PWM变换，与以调频形式工作的ZVS变换相比，变压器和滤波电抗器的设计比较容易，利用率也比较高;

　　(2)在主开关管开通和关断的过程中，采用部分谐振技术，实现软开关变换，大大降低了开关损耗，提高了工作效率;

　　(3)主开关管导通时流过的电流和关断时承受的电压与硬开关PWM变换相近，比双零开关变换成本低，可靠性高;

　　(4)软开关变换，电磁干扰(EMI)小。

　　图1移相全桥变换电路

　　ZVT变换技术典型的应用是移相控制的全桥式变换电路，其基本电路如图1所示。

　　VDA、VDB、VDC、VDD分别是开关管VA、VB、VC、VD(这里以IGBT为例)的等效反并联体二极管;CA、CB、CC、CD分别是VA、VB、VC、VD的等效输出电容(结电容);L1为一次侧电路引线电感LX、变压器一次侧绕组漏感LL和外加电感L之和，即

　　图2移相PWM控制波形

　　L1=LX+LL+L(1)

　　开关管采用移相式PWM控制方式，控制波形见图2。

　　由此可见，移相全桥变换电路四个开关管既为主开关管，又互为辅助开关管，既不增加开关管数量，又吸收了分布参数作谐振电路参数，实现零电压转换[1]。

　　3 ZVT软开关变换电路中的应用设计

　　移相全桥ZVT软开关变换电路可以用于设计许多类型的开关电源变换装置，设计方法和过程都是相似的。由于主电路确定为全桥式逆变电路，集成控制芯片一般选UCX875～79或者ML4148，所以最主要的设计内容归结为两点：一是根据散热平衡优化设计ZVT软开关变换谐振参数，二是控制系统的环路设计。

　　3.1ZVT软开关变换谐振参数的优化设计

　　主电路谐振电感量L1是决定能否实现零电压转换的关键。L1太小，在负载较小时，虽然超前桥臂开关管比较容易实现ZVT，但是由于环流不能维持到滞后桥臂开关状态的转换时刻，使滞后桥臂不能实现ZVT[1]。但是，L1过大，会限制最大占空比，并会降低功率因数。负载很轻时，电流不太大，即使是硬开关状态，开关损耗也不会太大。另外，开关管的通态损耗也随电流的变化而变化，对于IGBT管，管压降为UCES，应按照满载时设计散热条件。因此，使滞后桥臂实现ZVT的最小负载电流优化的原则应该是：当电流下降到αIOE时，滞后桥臂上两只开关管的开关损耗的增加量Pon-offr等于所有四只开关管的通态损耗的减少量PONf，不变的散热条件，使得开关管的结温仍然保持原来的水平，由文献[2]可知，Pon-offr和PONf可以分别由式(2)和式(3)求出，所以α可以由式(4)求出：

　　Pon-offr=αIOEUd(ton+toff)fS(2)

　　PONf=4δ(1-α)IOEUCESat(3)(4)

　　式中：ton——IGBT的开通时间，toff——IGBT的关断时间;fS——逆变电路的开关频率;UCESat——IGBT的导通压降。

　　根据下式和式(1)可以求出外加电感量L：

(Lm+L1)·(αIOE/n)2/2>(4CS/3+Ct/2)(5)

　　式中:Lm——变压器一次侧励磁电感，n——变压器变比，CS——开关管输出电容;Ct——变压器一次侧绕组电容。

　　3.2控制系统的环路设计

　　开关稳压电源控制系统的结构框图如图3所示。