推挽变换器在软开关与硬开关工作模式下的比较探讨

1、推挽变换换器在软软开关与与硬开关关工作模模式下的的比较研研究马小林，马皓(浙江大大学，浙浙江 杭杭州 33100027）摘要：对对于工作作在软开开关和硬硬开关两两种模式式下的推推挽结构构的DCC/DCC变换器器作了比比较研究究，分析析了它们们各自的的优缺点点，并从从工程应应用角度度出发，研制了了一台3300WW的DCC/DCC变换器器。 关键词：推挽变变换器；串联谐谐振；软软开关；硬开关关 1 引言言 在DCC/DCC升压式式电路中中，通常常采用的的拓扑结结构有BBoosst、BBuckkBooostt和推挽挽三种。而当输输入电压压比较低低（如单单节蓄电电池供电电时仅112V），功率率不太大大

2、的情况况下，一一般优先先采用推推挽结构构。 硬开关关在推挽挽电路中中应用已已比较成成熟，本本文先针针对硬开开关技术术，分析析其在工工程应用用中存在在的弊端端，进而而引入软软开关技技术22,3,4，并作一一比较分分析。最最后，按按照产品品设计要要求，研研制了一一台3000WDDC/DDC变换换器。结结果表明明，运用用这种拓拓扑结构构设计的的升压变变换器具具有诸多多优点。 2 硬开开关电路路 2.1 工作原原理 图1为为推挽式式硬开关关电路的的工作原原理图1。它有33种工作作模式： 图1 硬硬开关电电路原理理图 模式11 Q11导通，Q2截止，原边电电流流经经Q1，同时时变压器器副边电电流通过过D

3、1和D4向负载载供电； 模式22 Q22导通，Q1截止，原边电电流流经经Q2，同时时变压器器副边电电流通过过D3和D2向负载载供电； 模式33 Q11和Q2都截止止，原边边不向副副边传输输能量，则负载载的能量量来自副副边的滤滤波电感感L和滤滤波电容容C。 2.2 分析 图2和和图3是是变换器器工作时时功率管管两端的的电压波波形。由由于电感感的原因因，功率率管导通通电压降降呈锯齿齿波形，见图33中的vvdsoon。 图2 功功率管工工作波形形图3 功功率管导导通电压压降 变换器器工作条条件如下下： Vi=122V，VVo=2000V，Io=1.55A； fs=500kHzz，L=2000HH，R

4、1=R2=100/22W， C1=C2=0.01F，功功率管为为BUZZ1000SL。 测得整整机效率率仅为774，且功率率管发热热比较严严重。通通过改变变吸收电电路参数数，并联联功率管管，调节节输出滤滤波参数数显示，并联功功率管和和适当增增加L值可以以明显提提高整机机的效率率（见表表1）。具体分分析如下下： 1）增增大吸收收电容，可以降降低功率率管关断断时的冲冲击电压，减小功功率管的的关断损损耗，但但通过吸吸收电容容转移过过来的能能量必须须由吸收收电路中中的功率率电阻在在一个开开关周期期内给消消耗掉，故整机机效率还还是没有有提高，只是实实现了功功耗的转转移。 2）并并联功率率管时，开关导导通

5、电阻阻减小，在导通通电流不不变的情情况下，开关的的导通损损耗下降降，整机机效率得得以提高高； 3）增增大输出出滤波电电感时，折算到到原边的的电感也也随之增增大，由由L=Vi可知，此时流流经功率率管电流流的变化化率降低低，电流流的峰值值下降，则开关关的导通通损耗也也随之下下降。但但当电感感增大到到一定值值时，由由于电感感自身损损耗的增增加大于于开关导导通损耗耗的减小小，则整整机效率率反而下下降。 表1 硬硬开关时时效率随随参数变变化情况况电感L/H 100 200 400 500 效率/ 单管 72 74 82 80 并管 75 78 88 84 电感的的增加，带来变变换器的的体积和和成本的的增

6、大。如何在在不增加加变换器器的体积积和成本本的基础础上提高高效率？因此将将串联谐谐振软开开关技术术引入到到推挽变变换器中中2,3,44。 3 软开开关电路路 3.1 工作原原理 图4为为软开关关电路的的原理图图，图55是理想想工作波波形。它它有4种种工作模模式： 图4 软软开关电电路原理理图图5 理理想工作作波形 模式11 00,t1Q1在零电电压下导导通，通通过Lr、Cr谐振，当流经经Q1的电流流谐振到到零时，Q1实现零零电流关关断； 模式22 tt1,t2Q1关断而而Q2还未导导通时，通过变变压器剩剩余的激激磁电流流，使CCs1充电电至2VVi、同时时Cs2上的的电压放放电到零零； 模式3

7、3 tt2,t3Q2在零电电压下导导通，通通过Lr、Cr的谐振振，当流流经Q22的电流流谐振到到零时，Q2实现零零电流关关断； 模式44 tt3,t4Q2关断而而Q1还未导导通，通通过变压器器剩余的的激磁电电流，使使Cs2充电电至2VVi、同时时Cs1上的的电压放放电到零零。 3.2 实验结结果 1）元元器件及及参数 在硬开开关实验验装置的的基础上上，调整整部分元元器件及及参数。 （1）变压器器 磁芯仍仍用EEE55，变比由由2：22：500改为22：2：42；副边漏漏感为550HH。 （2）谐振电电容 2ffs= Cr=（1） 式中：ffs=500kHzz为变换换器的工工作频率率； LLr=

8、500H为为变压器器的漏感感，即谐谐振电感感； CCr为谐振振电容，由式（1）可可得电容容为0.2FF。 （3）吸收及及滤波参参数 去掉吸吸收电路路元件RR1、C1、R2、C2及滤波波电感LL。 （4）功率管管 采用BBUZ1100SSL双管管并联工工作。 2）分分析 图68为变变换器工工作在软软开关模模式下的的波形。其中图图6是仿仿真波形形，图77和图88是实验验波形。由于功功率管是是在零电电压下开开通和零零电流下下关断，功率管管的电压压应力（图7）相对于于硬开关关时（图图2）要要小。由由于功率率管是在在零电流流下开关关，故变变压器副副边侧的的整流二二极管也也工作于于软开关关下，所所以变换换

9、器效率率能得到到很大程程度的提提高，经经测试，最高可可达922.5。 图6 功功率管电电压波形形图7 功功率管工工作电压压波形图8 谐谐振电流流波形4 比较较分析 为进一一步揭示示软开关关工作的的优势，在同样样的工作作前提条条件下，对两种种工作模模式作一一实验比比较分析析。 4.1 工作前前提条件件 输入/输出电电压 12VV/2000V 输出电电流 1.5A 变换器器的工作作频率 50kkHz 功率管管(双管管并联) BUUZ1000SLL2 4.2 元件比比较 由于变变压器原原副边的的匝比降降低，所所以工作作于软开开关模式式下的变变压器可可采用EEE500磁芯和和骨架。 表2列列出了两两种

10、电路路采用的的不同元元件。 表2 硬硬开关与与软开关关两种电电路所需需元件比比较开关类型型 变压器磁磁芯和骨骨架 输出滤波波电感 输出滤波波电容 谐振电容容 吸收电路路 硬开关 EE555 360H 220F/2250VV 不需要 R=100/22W C=0.01F/550V 软开关 EE500 不需要 3.3F/2250VV 0.2F/2250VV 不需要 4.3 主要性性能比较较 主要性性能比较较参见表表3。 表3 硬硬开关与与软开关关两种电电路主要要性能比比较 开关类型型 最高效率率 功率管电电压应力力 输出电压压纹波 EMI 硬开关 88 3Vii 1.55 一般 软开关 92.55 2Vi 0.55 较小 4.4 效率比比较 从图99中可看看出，推推挽变换换器在软软开关模模式下工工作效率率比起硬硬开关模模式要高高。但其其效率随随输出功功率的变变化而变变化。 图9 变变换器的的效率5 结语语 根据以以上的理理论分析析及实验验验证可可知，采采用串联联谐振软软开关技技