数字化软件开关电源的研究

1、合肥工业大学硕士学位论文数字化软件开关电源的研究姓名：黄书强申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：黄海宏201204数字化软开关电源的研究摘要随着我国城市化和工业化的迅速发展，电力的需求量急剧增加，形成了电力操作电源相关设备的广阔市场，数字化技术和软开关技术都是当前电力电子技术发展的热点，二者结合可以很好的满足大功率电源在性能、重量、体积、效率和可靠性等方面的要求。本论文采用移相全桥变换电路研制了电力系统用大功率高频开关电源，重点是运用硬件与软件实现数字化和软开关技术的结合。本文首先对数字化和软开关电源的背景进行了简单的阐述，针对电力系统用大功率高频开关电源应用场合，在分析和对比

2、的基础上，考虑到当前制作的成本、效率和控制的灵活与稳定性，选择了一种滞后桥臂串联二极管的软开关全桥变换器拓扑和移相控制方法。重点围绕着此种拓扑结构，详细分析了它的工作原理及实现条件，设计了主电路、驱动电路、电压电流采样电路、保护电路等，并按照公式推导计算以及工程经验完成了电路中主要元器件参数的选取、变压器等磁性元件的设计；本文在变换器小信号模型的基础上设计了数字控制系统，详细介绍了整体控制系统的实现方案；并给出了相应的数字算法，根据实验要求编写了软件设计框图；同时利用软件对主电路进行了仿真分析。设计了一台基于的数字化软开关高频开关电源样机。从仿真和实验的结果可以看出，数字化软开关电源基本满足设

3、计要求，成功的实现了数字化控制和的软开关，从而验证了所选方案和参数设计合理。关键词：数字化；软开关；高频开关电源也阱母吼。】打肌，】，喀虹印，曲盘淅矾嗍小曲鸣，俞一伧“埘曲曲一疔，仃嘶觚也甜玉【伍钾乜越王也，锄，盟吐“，也锄，删肌，适曲矗“啪矗也也也舶【追谢砌埘：；致谢紧张而充实的硕士学习生活即将成为我人生道路中一段重要而难忘的宝贵经历。在这里，我要特别感谢陪伴我度过两年美好时光的我的老师、同学和家人。首先我非常感谢导师黄海宏副教授。黄老师渊博深厚的学识，丰富的经验、严谨求是的治学态度、勤勤恳恳的敬业精神，深深地影响着我，这将是我一生的财富。值此论文完成之际，向黄老师表示最衷心的感谢和崇高的敬

4、意！感谢研级电力电子与电机班的所有研究生同学，我们共同渡过了紧张而难忘的研究生生活；感谢实验室同学的支持与帮助，学习中我们相互探讨，生活中我们相互帮助，共同度过了难忘的实验室生活，愿我们的友谊地久天长！感谢所有在成长道路上鼓励我前行，支持我的人！同时在论文的写作过程中参考了大量文献资料，在此谨向资料作者表示感谢！图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图。插图清单零电压、零电流开关全桥高频电源电路全桥变换器的不对称控制方式全桥变换器对称控制方式波形全桥变换器有限双极性控制方式波形全桥变换器移相控制方式波形移相控制全桥变换器主电路电路原理图移相控制全桥变换器主电路移相全桥

5、变换器示意图几种电流复位方法原边采用饱和电感的的移相全桥变换器滞后臂串联二极管的移相全桥变换器原边采用耦合电感附加辅助绕组副边采用有源箝位的移相全桥变换器副边采用无源箝位的移相全桥变换器变压器附加辅助绕组的移相全桥变换器主电路拓扑结构主电路主要波形各模态等效电路主电路图型磁芯变压器尺寸输出电流波形结构图驱动电路图电压采样电路图电流采样电路图系统总体结构框图一组固定、另一组右移移相脉冲生成方法两组相对运动移相脉冲生成方法开环幅频特性图开环输出电压响应控制简化框图主程序流程图图恒压控制模块流程图图恒流控制模块流程图图程序流程图图子模块流程图图乃周期中断流程图图乃下溢中断流程图图移相角生成策略图主电

6、路模型一图主电路桥模块图超前臂波形图滞后臂波形一图阻断电容两端电压图原边电流、输出电流、输出电压波形一图数字控制的移相全桥变换器系统稳压输出仿真模型图数字控制的移相全桥变换器系统稳流输出仿真模型图稳压输出时仿真波形图图突变负载时稳压输出仿真波形图图实验样机实物图图移相脉冲波形图超前臂阿零电压波形图。滞后桥臂喝零电流及波形图输出直流稳压波形图阻断电容两端电压、死电流及波形图辅助电源开关管两端电压波形图图额定输出电压下效率随负载变化曲线图额定负载下超前臂图额定负载下滞后臂臂图额定负载下、两点电压图额定负载隔直电容两端电压表格清单表主要参数表三类铁芯的基本特性参数一表主要参数表负载变化时输出稳压实验

7、数据表负载变化时输出稳流实验数据第一章绪论研究背景随着我国国民经济的迅速发展，电力的需求量急剧扩大，每年新建电厂及其配套的各类变电站大量增加；电力事业的发展，形成了电力操作电源设备的广阔市场，在电力系统中，直流电源作为继电保护、自动装置、控制操作回路、灯光音响信号及事故照明等电源之用，是发电厂和变电站比较重要的设备。因直流电源故障而引发的事故时有发生，所以，对直流电源的可靠性、稳定性具有很高要求。它的可靠性直接影响发电厂和变电站设备的安全可靠运行。上世纪年代以来，美国、德国等西方国家新建电厂和变电站已全部采用开关电源，其蓄电池也由原来的镉镍电池改用铅酸免维护蓄电池。高频开关电源以其重量轻、体积

8、小、效率高、输出纹波小、易于计算机管理等优点，迎合了现代电源的潮流，直流操作系统开关电源在市场中的应用取代传统直流操作系统电源是大势所趋【】【。在早期，我国电力系统用直流开关电源多为相控式硅整流装置，含有笨重的工频率变压器，物理特性和电性能都不佳，可靠性较差，逐渐被体积小，重量轻，高效率的开关电源所取代，同时由于直流开关电源开关频率高，电流大，会存在较大的开关损耗和电磁干扰，为了更好的改善其特性，软开关技术应运而生，同时由于控制技术进步和微处理器的高速发展，数字控制技术在直流操作系统开关电源逐渐得到应用，发挥着其所需元器件少，控制方法灵活，控制精度高，可靠性好等优点【。世纪年代初，美国电力电子

9、中心的教授等提出了软开关的概念，随后出现了全谐振变换器、准谐振变换器及多谐振变换器等软开关电源拓扑和应用，到世纪年代，出现了与变换器，而后又出现了移相全桥软开关变换器【】，结合直流操作电源的特点，移相全桥变换器拓扑是高频大功率直流操作电源的最佳选择之一。目前直流操作系统开关电源正朝着软开关技术和数字化智能化控制技术相结合的方向发展。数字化软开关高频开关电源的简介高频开关电源是利用电力电子装置在高频变换技术下将市电或者电池等变换成适合各种用户需要的二次用电系统，通俗的说也就是粗电转化为合适的用户需要的精电。高频开关电源在各种高质量、高效率、高可靠性的电源中起关键作用，也是现代电力电子技术的具体应

10、用。数字化电源高速发展的计算机技术带领人类进入了信息社会，同时也促进了电源技术的数字化迅速发展。传统的开关电源的模拟控制电路存在控制电路结构复杂、电源一致性差、模拟器件工作点漂移等一系列问题。随着微电子技术和数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出数字控制越来越多的优点：便于实现计算机控制、避免因模拟信号的畸变而失真、减小外部信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于自动调节和恢复等。高频开关电源的数字控制使控制电路大为简化，降低了系统的造价，缩小了体积，降低了功耗，同时还有效地提高了系统的可靠性。本文移相全桥软开关变换器在控制技术上基本解决了开关频率高而产生的开关管损耗较大的问题，提高了变换器效率，同时

11、相应的软开关措施也降低了器件的电压、电流应力，一定程度上抑制了电压、电流尖峰，增强了系统的稳定性，而且电磁兼容性有了很大的提高。移相全桥控制技术在大功率电源设计中得到广泛应用，先进控制技术的实现有赖于数字技术的发展，两者的结合使数字化控制技术发挥的作用更加突出，故数字化软开关电源在应用中研究实现移相全桥零电压零电流的数字控制是非常必要的。正因如此运用数字控制来实现相应的电压控制算法，不及发挥着数字控制的优点，而且仅能有效减小开关电源的硬件复杂性，提高可靠性及设计灵活性，并且能实现复杂的控制算法，在软件层面上进一步提高电源的性能。数字控制是功率变换器的发展趋势，数字化电源是电源发展的目标。软开关

12、电源软开关电源是在高频开关电源的基础上更进一步发展，结合软开关技术，即利用电路的谐振元件在能量变换中产生谐振，使变换器中开关器件的电压或电流按照正弦或准正弦规律变化，通过谐振，开关器件开通时，其两端的电压为零或已近接近于零，开关器件关断时，通过开关器件的电流为零或接近于零。这样就减小了开关器件在开通和关断过程中电压与电流的重合时间，开关损耗降低。随着用户对电源的要求越来越高，近几十年开关电源技术得到了突飞猛进的发展，实际应用领域如航天，通信等对开关电源的要求提出了小型化，高效率和高稳定性，增加了电源工程师们对新型开关电源的研究热情，也促进了开关电源的发展，开关电源的小型化，高效率的解决办法需要

13、提高开关频率。但时是相对于传统的开关电源全桥变换器，变换器开关管工作在硬开关状态，开关损耗和电压电流应力以及电磁干扰问题不可忽视，使得开关频率难以提高，为了解决上述问题，国内外电力电子和电源技术界自上世纪年代开始不断的研究高频软开关技术、开发软开关电源，由于其在高频情况下只需添加极少的谐振元件和控制策略便可实现零电压、零电流开关，降低损耗，使得它在高频大功率电源中应用极为广泛。总之，软开关高频开关电源具有更高的功率密度（重量、体积小）、更高的效率（开关损耗低），以及更高的可靠性并更好的减小了电磁干扰（）和环境噪声【。、基本原理如图（）所示，当开关管断开时，电感三和电容发生串联谐振，电容上电压谐

14、振过零时（按正弦规律变化），开通开关管，此时开关管可以实现零电压开通。如图（），当开关管开通，电感三和电容发生并联谐振，当电感上的电流谐振到零时（电感电流按正弦变化），关断开关管，此时开关管可以实现零电流关断。（）（）图零电压、零电流开关本文主要内容本文针对变电站、发电厂直流操作电源系统用高频开关电源，研究硬件拓扑结构以及以为核心的主控制器，实现软开关与数字化的结合。重点解决软开关的实现，降低开关损耗，同时实现高精度的控制，电压、电流的检测及反馈闭环调节。利用的高速指令执行能力以及高精度运算能力，可将电流、电压及转换的控制精度精确到以内，保障系统供电的平稳。第二章数字化软开关高频开关电源变换器

15、拓扑分析变换器主电路基本拓扑的选择在电路理论中，拓扑是泛指电路的组成和连接关系。最基本的开关电源变换器拓扑是、和等，由于这类拓扑结构输入和输出不隔离，所以在此基础上出现了加高频变压器的变形结构，并且在输出级经过整流滤波处理，这类结构适用于小功率电源隔离输出的应用场合；在中大功率电路中，半桥、全桥拓扑结构应用比较多，全桥结构具有功率开关器件电压、电流额定值小，变压器利用率高，控制方法灵活等明显优点，在中大功率应用场合是首选拓扑，同时全桥变换器比半桥变换器多了两个开关管，但其电压应力比半桥的小一半，更重要的是，全桥变换器在不附加任何辅助电路的条件下可实现各开关管的软开关【。本课题研制的是电力系统用

16、高频开关电源（），额定功率为，并且需要很好的实现软开关与数字化，结合具体应用，故本次设计选用全桥变换器基本拓扑。，全桥电路的控制方式脉冲宽度调制简称为调制，是应用于高频开关调制电路的一种不可逆转的趋势，全桥高频电源电路如图所示。其基本原理为：直流电压经过四个主开关管阿乃的高频开关变换（调制），在高频变压器原边得到交流方波电压巩，经过高频变压器隔离升、降压，再经过整流二极管的整流以及电感电容的滤波处理，在输出侧得到平直稳定的直流电压。图全桥高频电源电路甩按魄电压是否对称可以把全桥电路的控制方式分为两种：对称控制方式和不对称控制方式，一般在全桥电路中，对称控制方式中的双极性控制方式，有限双极性控制

17、方式和移相控制方式应用较多，下面对他们进行相应的分析，对本次设计选择合适的控制方式【。不对称控制方式如图所示为全桥变换器的不对称控制方式，开关管刀和啊、和喝同时开通和同时关断（斜对角的开关管），两组开关管互补导通，但阿、吼的开通时间长短与疋、喝不一样，因此“电压正负半周不对称，且在一定的负载下其电流也不对称。：隧黝；卜图全桥变换器的不对称控制方式双极性控制方式全桥变换器双极性控制方式如图所示，开关管阿和隅、隅和喁同时开通和同时关断（斜对角的开关管），并且它们的开通时间小于开关周期，巩的电压为正负对称的：号波。：簟图全桥变换器的双极性控制方式有限双极性控制方式全桥变换器有限双极性控制方式如图所示

18、，同一桥臂开关管阿、和喝、隅中有一个开关管在半个周期不完全导通，斜对角的开关管玎、啊和隅、隅亦然，在正半周期，乃完全导通，玎不完全导通；在负半周期，完全导通；喝不完全导通；并且阿、（称为超前臂）分别在、隅（称为滞后臂）之前关断。己的电压为正负对称的方波，并且它们的开通时间小于开关周期。、图全桥变换器有限双极性控制方式波形移相控制方式全桥变换器有限双极性控制方式如图所示，移相控制方式左桥臂开关管（阡、喝）、右桥臂开关管（喝、喝）互补导通，并且它们在导通时前后相差一个角度，有一定的相位差值，即是移相角，通过这个相位角的调整，可以调节纵的正负脉宽的宽度，从而改变输出有效的电压值。图全桥变换器移相控制

19、方式波形上述的四种控制方式中，不对称控制方式和双极性控制方式的斜对角开关管关断在同一时刻，一般比较难实现开关管的零电流开关，开关损耗不可避免，不适合于中、大功率应用场合，有限双极性控制方式和移相控制方式斜对角开光管开关时刻错开了一定的时间，电路的能量流动状态增多，为实现软开关的提供了条件。较之于有限双极性控制方式，移相控制方式拓扑结构及研究更为成熟，更为重要的是移相控制数字控制实现方便，不同种类的数字控制器软件编程易于实现，在数字化和软开关方面发挥着其独特的优点。结合自身课题研究特点和当前技术动态，应用广泛程度等选择了本课题合适的电力系统用高频开关电源的控制方式，即移相控制方式。三种基本移相全

20、桥软开关变换器的选择通常解决硬开关变换器所产出的问题是引入软开关技术，在研究移相全桥软开关变换器上，按照开关方式只有零电压开关（），零电流开关（）两种以及他们的组合。常见的软开关方式有三类移相全桥软开关变换器特性比较突出，分别是、移相全桥电路。三种基本移相全桥软开关变换器的选择移相全桥变换器图是移相控制全桥变换器的主电路。图中矾是整流后的直流电压，矿一是主开关管，助一肋是主开关阿内部反并联的二极管，丁为高频变压器，一是相应主开关管的寄生电容或并联的外部电容，工为谐振电感（包括变压器漏感）。、矿乃构成超前臂，喝、吼构成滞后臂。利用移相控制技术，通过开关管的寄生电容或并联外电容与谐振电感在能量传递

21、过程中谐振，使全桥变换器的四个主开关管都实现零电压开关，通过相位角的移位实现占空比的调整，从而达到对输出电压的动态调节哺】。肋。牟喇咖图移相控制全桥变换器主电路电路原理图优点：所有开关管工作在状态，在实现高频化的同时变换器效率得到提升；无需吸收回路；电流电压应力小；变换器开关频率固定，硬件结构和控制相对简单，同时也方便了磁元件（高频变压器、电感）的设计。缺点：由于谐振电感和输出滤波电感共同参与为超前桥臂提供能量，所以超前臂易实现软开关，滞后臂谐振阶段变压器副边相当于短路状态，滤波电感不参与谐振，受负载电流和谐振电感的影响，不易实现软开关；而且由于变压器漏感的影响副边占空比存在较大丢失。移相全桥

22、变换器移相全桥变换器如图所示，它的电路基本结构与电流型全桥变换器相似，外特性和基本电路相同。厶是起升压作用的电感，汗一矿乃是主开关管，阳阳分别是与串联的二极管，它们的作用是使电流在旧吼支路只朝一个方向流动，分担主开关管的反向电压；是谐振电容，是变压器漏感。隅、啊的驱动信号分别超前于阿、，因此喁、隅构成超前臂，阿、矿死构成滞后臂。移相控制全桥变换器同一桥臂两个开关管之间有一小段重叠时间，通过谐振来实现开关管的【。石阳去霸阳阳图移相控制全桥变换器主电路优点：所有开关管工作在状态，在实现高频化的同时变换器效率得到提升；且可以容易实现调频控制，同一桥臂开关管可以直通，简化了硬件电路设计。、缺点：由于谐

23、振电容和输出滤波电容共同参与为超前桥臂提供能量，使电流在一定时间内恢复至，所以超前臂容易实现软开关，滞后臂谐振阶段变压器副边滤波电容不参与谐振，受负载电流和谐振电容的影响，不易实现软开关；而且由于变压器漏感的影响副边存在较大的占空比丢失。移相全桥变换器移相全桥是在和电路的基础上，结合两者的优缺点形成的，它的超前臂实现来源于基本电路，滞后臂则是通过引入一个反向阻断电压源，快速完成原边电流的复位，实现滞后臂的，这样通过外部反向阻断电压源在实现超前臂的同时实现滞后臂，且其软开关范围受负载影响很小。输出有效占空比得到提高，移相全桥变换器示意图如图所示，现。为反向阻断电压源。图移相全桥变换器示意图移相全

24、桥变换器拓扑结构的选择移相全桥软开关电路中，超前桥臂的零电压关断（）实现的原理是电容电压不能突变，即在超前桥臂上并联适当的电容；而滞后桥臂实现关断，关键是实现滞后臂的电流快速复位为零并保持状态到对管的同时导通，因此开关管两端不能并联电容，为使变压器原边的电流快速复位并保持为零状态，一般需要引入合适的辅助电路。从加入辅助电路的实现位置可以分为变压器原边侧加辅助电路和变压器副边侧加辅助电路，从实现方式上可分为有源和无源。当采用有源方案时，电路相对简单但控制要变得复杂；当采用无源方案，电路结构会变的复杂，增大了一些损耗，这时相对于移相全桥、变换器效率提升不明显。为实现之后桥臂的，需要变压器原边电流快

25、速的复位并箝位至，下面介绍几种电流复位方法，如图所示：）在变压器原边加辅助器件或者辅助网络，使变压器原边电流快速复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件；）在变压器副边加辅助器件或者辅助网络，使变压器原边电流快速复位，为滞后桥臂开关管提供零电流开关的条件。）在变压器原边或者副边加入有源器件，控制有源器件的开通和关断适时引入和切断谐振器件或谐振网络，使变压器原边电流快速复位。全桥交换电路图几种电流复位方法移相全桥变换器拓扑结构的比较分析根据滞后臂零电流开关的几种电流复位方法，可以扩展移相全桥变换器拓扑结构。）原边采用饱和电感的移相全桥变换器【】【】如图为移相全桥的典型拓扑。当流过饱和电感的电流

26、较小时，电感铁心不会饱和，近似于“开路”状态，其电感量很大，它能有效抑制电流的变化，近似箝位为零；当流过饱和电感的电流较大时，电感铁心饱和近似于“短路”状态，其电感量为零，实际工作中，阻断电容近似于反向阻断电压源，可以快速完成变压器原边电流的复位，通过饱和电感的这个特性实现滞后桥臂的。图原边采用饱和电感的移相全桥变换器这种电路结构具有较小的通态损耗、容易实现软开关等优点。同时也存在一些缺点：饱和电感设计与磁材选取不易，在电流较大和高频条件下损耗较大，存在占空比丢失现象，降低了整机效率，同时在漏感和饱和电感的作用下开关管应力增加，也增加了成本。）滞后臂串联二极管的移相全桥变换器纠如图，该电路拓扑

27、也是利用阻断电容使变压器原边电流快速复位，而且滞后臂串联的二极管可以阻止复位后电流反向。并且把电流箝位在零，为实现滞后臂提供条件。这种拓扑可以在较大输入电压及负载范围内实现滞后臂，没有环路损耗、拓扑结构简单、易于设计。但是不足之处是滞后桥臂引入了二极管，存在一定的通态损耗。魄王幸，一卜生【咏陋）图滞后臂串联二极管的移相全桥变换器）变压器原边附加辅助绕组的移相全变换器【如图所示（以采用耦合电感辅助网络为例），在变压器初级加入相应的辅助绕组，通过辅助绕组上感应的电压使变压器原边电流复位，为实现滞后桥臂的创造条件，不足之处是这种拓扑在实现超前桥臂的时，变压器辅助绕组与续流二极管会产生较大的环流，环路

28、损耗增加，同时变压器副边占空比损失大，影响了整机效率，更为重要的是需要很好的对辅助变压器绕组设计与制作，增加了硬件和控制难度。厶。，四图原边采用耦合电感附加辅助绕组甩）变压器副边采用有源箝位的移相全桥变换器【引如图所示，为变压器副边采用有源箝位的移相全桥变换器，它通过在变压器副边引入受控电压源实现电流复位。具体过程为：在变压器原边电流刚要进行续流时，开通箝位开关管吼，这时电容。近似于反向阻断电压源，使变压器原边电流快速复位，为实现滞后臂创造条件。这种拓扑不需要引入无源耗能元件，在比较大的范围内实现，变压器副边占空比损失小，但也存在一些问题：如原边电流尖峰大，开关应力增加，有源开关器件的工作频率

29、是变换器的两倍，使得开关损耗增加，同时增加的辅助开关需要驱动电路和相应的控制算法，使得变换器结构和控制更加复杂。图副边采用有源箝位的移相全桥变换器）变压器副边采用无源箝位的移相全桥变换器【如图，这类拓扑结构实现变压器原边电流复位的方法是在变压器副边通过引入箝位电容和二极管，为实现滞后臂的创造条件。其工作原理与上述副边采用有源箝位的移相全桥变换器类似，这里不再详述。此电路有以下优点：结构简单，电路本身存在无源缓冲不需要另外设计；产生的环流和占空比损失小并且实现软开关的范围宽；但和有源电路相同，辅助无源网络与变压器漏感间通过谐振可能会有一定的电流冲击，存在变压器原边电流应力大的缺点，而且变压器副边

30、侧的二二极管电压应力比较高。一一，一三，一旷。一一一一王（）一一一一，土书卜扎。幸一王（）风一丁一，、贮，一一一一，（）图副边采用无源箝位的移相全桥变换器）变压器副边采用辅助绕组的移相全桥变换器【】如图所示，此拓扑结构是变压器副边辅加附助绕组的移相全桥变换器，它具有一般无源钳位电路拓扑的优点，同时还可以通过改变变压器的匝比实现反向电压源电压的调节，根据需要减小或者延长变压器原边电流复位时间，灵活性很强。但是结构比较复杂，损耗较大，增加了设计难度。图变压器附加辅助绕组的移相全桥变换器。本文主电路拓扑的选择本次设计的电源为电力系统用直流操作高频开关电源，需要结构简单、稳定性强、数字化控制方便、效率

31、高。根据前面拓扑结构的分析与讨论，滞后臂串二极管的移相全桥变换器基本可以很好的满足以上条件，而且依照当前技术和应用成熟程度，拓扑结构也容易实现。故本文选择了此种拓扑结构。本章小结本章根据理论分析，对变换器主电路基本拓扑，电路的软开关控制方式以及软开关变换器的选择上进行了探讨，在此基础上选择了移相全桥变换器拓扑和移相控制方式，同时对几种常见的移相全桥变换器拓扑结构进行了比较分析，最终选择了滞后臂串二极管的移相全桥变换器。第三章数字化软开关高频开关电源硬件电路设计滞后臂串二极管的移相全桥变换器主电路及工作原理本设计变换器主电路拓扑结构如图所示。厶图主电路拓扑结构巩喝啊陋：隅：踢；：，【！：刁善、醯

32、：！一一灯：；：一！：渊；！一一：，乙，：岛“图主电路主要波形图中，以一是直流输入电压；”一吼是主开关管，阳一阳是主开关”一吼内部反并联的二极管；阿、矿死构成超前臂，矿乃、隅构成滞后珞，龟，臂。一是相应主开关管的寄生电容或并联的外部电容；厶为变压器原边谐振电感（包括变压器漏感）。是变压器原边隔直电容，为高频变压器；阳肋是变压器副边全桥整流二极管；三。与。是输出端滤波电感和电容；毗是负载【。该电路超前桥臂实现零电压开关的方法通过并联在超前桥臂两个开关管上的电容充放电来实现，而滞后桥臂零电流开关是利用隔直电容和滞后桥臂串联二极管使电流快速复位并箝位为零实现。移相控制全桥变换器的各种模态分析【】在一

33、个开关周期中，该全桥变换器有种开关工作模态，其中个工作模态为半个周期。图给出该变换器的工作的主要波形。在分析其工作原理之前首先作如下假设：）电路中所有器件均具有理想的物理和电特性；）广；）三。三咖，是变压器原副边匝比，在开关周期内，可以认为是恒流源；）滤波电感三。的电流平均值为厶，最大值厶。砥，最小值厶厶，并且电流近似按线性变化；原边电流在传递功率时对应厶。厶肋，昂。厶砌。在一个开关周期中，下面详细分析该电路的工作原理：（）工作模态时刻以前，对应于图（）。乏；上溉匕¨慨图（）模态等效电路在幻时刻之前，开关管阿和处于导通状态。变换器向负载传输功率，阻断电容处于充电状态。副边全桥整流二极

34、管功、肋导通而胁、肋截止，如果忽略励磁电流，原边电流枷；同时在幻时刻，阻断电容充电电压为（）工作模态时段，对应于图（）。溉尉【阳一轱。图（）模态等效电路在时刻时关断开关管，原边电流对进行充电，同时处于放电状态。由于与阿并联的电容两端电压不能突增，阿，实现了近似零电压关断。在这个段时间里，变压器原边漏感三（外加谐振电感和变压器漏感的总体）和折算到原边的滤波电感，屯。串联参与谐振过程，由于三。三潮，故原边电流几乎不变，其大小约为砌。同时，隔直电容仍处于充电状态，电容、和隔直电容的电压分别为：“。赢”岛卜竞。一）（。）：卜卧南。）叫一竞。一“）（乏）吲轳一去）（）在，时刻，完全放电，其两端电压下降到

35、零，由于原边电流还未为零，能量需要流动，二极管阳自然续流导通，喝两端电压箝位近似为零，工作模态结束。由可知，该工作模态持续的时间为：警（）一：一将式代入式可以得到甜西（，）：（。）每些（）（）工作模态【小一】时段，对应于图（）。一、【木肋一轱。【慨图（）模态等效电路在二极管肋续流导通后，此时段开通，可实现开关管的零电压开通。也就是说，在与阿驱动信号死区时间段内完成超前臂电容充放电过程，即要保证幻（。珀才能实现开通。删：华（）在这段时间里，以电压为零。变压器副边四个整流二极管同时导通，因此变压器原、副边绕组电压均为零。隔直电容的电压电压基本不变，原边电流基本是线性减小，即（）（。）。，（）（）一

36、三玉翌墨三二三立每（）在幻时刻，原边电流减小至零，由式，解得六，：玉兰坠（）“玎（）工作模态】时段，对应于图（）图（）模态等效电路椭嚣艨器嚣盟篇器流通。在这个时段内，原边电流，己，副地凹一似日叫导通，它们均分负载电流。（）工作模态【一时段，对应于图（）。图。（）模态等效电路蕊燃鬻鬣裟裟器鬣磊死区时间（）之后，即时刻，开通喝，在原边漏感酮作用、原地吧切、叫突变，喝实现近似零电流开通。（）工作模态【】时段，对应于图（）。图（）模态等效电路喁开通之后，原边电流反向增加，但不足以达到负载电流传输能量值，副边四个整流二极管依然同时导通，不同的是流过的电流值不相等，仍处于换流阶段，变压器原、副边绕组电压为

37、零，此时漏感两端的电压为（），原边电流反向增加，即有（）：一毕（。）（）在如时刻，变压器原边电流反向增加到负载电流的原边折算值（即口（），该工作模式结束。解式得丽聋丽。）（）工作模态】时段，对应于图（）。时刻之后，整流二极管胁、阳自然关断，阳、阳导通，变压器原边开始为负载提供能量，原边电流给隔直电容反向充电。该时段副边滤波电感折算到原边和原边电感工腩串联，因此认为原边电流基本不变，电压为：厂，（）一云吖）一盖。一如）（。）（）隔直电容上的电压为下一次喝零电流关断和矿零电流开通做好准备。一，丝峨一垤一丝瓯刻嗽在翔仞；饿】。图（）模态等效电路在时刻，关断喝，开始下半个工作模态。其工作情况类似于上述（）时间段。移相控制全桥变换器的工作特性）超前桥臂零电压软开关条件为了达到超前桥臂零电压开通，电路中超前桥臂上下两个开关管的逻辑延时（死区时间）应大于谐振时开关管并联电容的充放电时间。由式可知并联电容的充放电的持续时间：”（）超前桥臂软开关条件为：两个开关管的死区时间：玎，。（）滞后桥臂零电流软开关条件要达到滞后桥臂的，原边电流须在滞后桥臂开通之前从负载电流减小至零。从式和式可知玮从负载电流减小到至零的时