全桥倍流同步整流软开关变换器的研究

第44卷第2期 2010年2月 电力电子技术 4 010 全桥倍流同步整流软开关变换器的研究 张继红，孙维，孙绍华 (哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001) 摘要：目前，对全桥变换器的研究大多集中在移相控制领域，而移相控制不能解决输出侧同步整流管的软开关问题。 为此采用了种新的控制方法基于有限双极性控制技术，通过调节主开关 管可实现同步整流管的方法在大电流输出场合极大地减小了同步整流管的 开关损耗，进一步提高了变换器的效率。实验结果验证了该控制方法的优越性。 关键词：变换器；同步整流；移相控制；软开关 中图分类号：献标识码：A 文章编号：1000100X(2010)02002003 i哦 e 50001，t is in t on is to VS WM he of is is he of 引 言 全桥变换器的优点是单体容量大开关器件电 压、电流应力小且容易实现软开关。在低电压输出场 合。同步整流技术的应用极大地减小了整流电路的 损耗：在大电流输出场合，倍流整流电路可明显减小 输出电流纹波，改善系统闭环的动态响应。因此在低 电压、大电流输出场合，全桥倍流同步整流变换器优 点突出。因而备受关注【”。 现今全桥拓扑的软开关技术已经非常成熟，通 过移相控制可以轻松实现全桥开关管的但还不能实现同步整流管的了 解决该问题，文中在有限双极性控制技术的基础上 加以改进，将两路两个同步整流管的驱动信号，顺利地实现了主开 关管和同步整流管的大地降低了 开关损耗。 2变换器运行机理及工作模态分析 图1示出采用电压型全桥倍流整流拓扑的变换 器原理图。变换器采用有限双极性控制，当导通时，能量由变压器初级传递到次级。在谐振延 时的时间内，通过 和初级开关管寄生电容的串联 定稿日期：2626 作者简介：张继红(1965一)，女，博士后，硕士生导师，研究方向 为电力电子与电力传动。 20 谐振，实现相位延时的 时间内通过输出滤波电感和同步整流管寄生电容 的串联谐振来实现Q 为全桥开关管，S 为变压器漏感； ， 为倍流电感； 为输出滤波电容 图1变换器原理图 为便于分析，将电路中的元器件视为理想器件， 对各个模态和换器一 个周期可分为10个时间段描述。对应10个工作模 态其半个周期的工作模式所对应的控制信号时序 如图2所示。驱动信号为占空比固定为 50的互补方波；驱动信号为占空比可 调的延时后作为动的信号。 图2变换器控制信号时序图 (1)模态1 。一 。Q。，通，断。t。时刻，成零电压关断， 全桥倍流同步整流软开关变换器的研究 变压器正向励磁， 储能， 通过路径 尺 流，L 通过路径卜 广S 给 储能。 以 ， 上的电流和得： J ：一 堡： 二i 丝) t，” ， (1)d I(，r 】 l 旷 J (2)模态2 。t2t。时刻断，由于位，电压关断。 续流，由于会导通， 的电流反射到初级参与谐振，谐振电感是 与 串联，因此谐振周期长，C 很快放电为零，为 时，变压器次级电流有两 个回路： 。通过路径 流； 通过路径 寄生电容放电，直到其体二极 管导通，为(3)模态3 ：t3t 时刻和 2按电流路径 R【_ 流衰减， 不参与初级谐振。初级通续流， 偏。 几乎处于短路状态，电流衰减较慢，余 下的半周都会保持该状态，直到换导通 时刻，进入下一模态。 以 。， 上的电流和 上的电压为变量，可得： 一 ， 一 l =吉 一 ) (4)模态43 4t。时刻，电压导通，断，由于C。的箝位，使电压关断。 ，：按 电流路径L。一尺流衰 减，不参与初级谐振。 续流与C，放电 为零，直到偏， 向电源回馈能量，初级电流 逐渐下降，自然过零时进入下一模态。若谐振时间设 置合理，当C 谐振放电为零时开通则可实现 于仅靠 储能给C 放电，故 变换器轻载时难以实现(5)模态5t4t5t 时刻，对 于上一模态，初级电流反向，从零增大。L 恒压励磁， 电流线性上升，达到 的电流折算到初级的值时， 结束此模态。变压器次级电流反向通过电流路径 卜 一径 。一尺 的电流逐渐减小为零， 通过路径 一 流。电流衰减。 此后开始进入通功率传输阶段，工 作情况与的类似，波形对称。 3开关管和同步整流管的软开关分析 变换器全桥电路采用有限双极性控制。相对于 全桥移相控制它更容易实现开关管的，而且解决了采用全桥移相控制不能实现输出同 步整流管以例来说明开通所需要的 条件，当换时， 储能先给C，充电，着 与 谐振，给备。所用的谐振延迟时间是 与路谐振时间的14。谐振转换时间为： J- 1丽 (3) 式中：漏源极寄生电容的等效电阻之和。 为实现的驱动谐振死区时间必须满足条件：丁 4。在需要同步整流管开通时，尽量让电流走导电 沟道，不流过体二极管，但需要延时，以避免变压器 次级短路。在重载情况下，若采用硬开关，同步整流 管开关损耗会很大，降低了变换器的效率。让同步整 流管也能实现 法就是利用同步整流管漏源极寄生电容波电感发生谐振完成现同 步整流管1。以例，说明同步整流 管S 管的Q 关断之后，通之前。所用的谐振延迟时间 是电感 与源极寄生电容C 所形成的路谐振时间的14。谐振转换时间： 号 面 1 雨 (4) 要使实现S 的开通信号必须 滞后于满足条件 。变换器控制芯片选用制方式为有 限双极型方式。可输出6路控制信号，分别控制4个 开关管和2个同步整流管。通过控制芯片管脚1的 电位，实现对：通过控制芯片管脚6的电位实现对关管和同步整 流管实验驱动波形如图3所示。 T： j 卜 唯 1 ； F f ： ： ：- I “ 一 ：l， 14 l r “ o I | t(1 s格)t(