移相全桥软开关工作原理解析

1、ZVZCS移相全桥软开关工作原理(1)主电路拓扑本设计采用ZVZCSPWM移相全桥变换器，采用增加辅助电路的方法复位变压器原边电流，实现了超前桥臂的零电压开关(ZVS)和滞后桥臂的零电流开关(ZCS)o电路拓扑如图3.6所示。图3.6全桥ZVZCS电路拓扑当S、&导通时，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端钳位电容Cc充电。当关断G时，电源对C1充电，C2通过变压器初级绕组放电。由于C1的存在，s为零电压关断，此时变压器漏感Lk和输出滤波电感Lo串联，共同提供能量，由于Cc的存在使得变压器副边电压下降速度比原边慢，导致电位差并产生感应电动势作用于Lk,加速了C2

2、的放电，为S2的零电压开通提供条件。当Cc放电完全后，整流二极管全部导通续流，在续流期间原边电流已复位，此时关段S4,开通S3,由于漏感Lk两边电流不能突变，所以S4为零电流关断，S3为零电流开通。(2)主电路工作过程分析7半个周期内将全桥变换器的工作状态分为8种模式。模式16、S4导通，电源对变压器初级绕组正向充电，将能量提供给负载，同时，输出端箝位电容Cc充电。输出滤波电感Lo与漏感Lk相比较大，视为恒流源，主电路简化图及等效电路图如图3.7所示。简化图(b)等效图图3.7模式1主电路简化图及等效电路图由上图可以得到如下方程:Vs&V0LknndIp(3-3)dt由(3-3)式得:

3、将(3-6)式代入(3-5)式得:将(3-7)式代入(3-4)式得:1pnIc=nIoIc7gdtdVCc.dIp=-nLk-dtdt_d2IpIc=nCcLk2-dt2_IpnCcLk(3-4)(3-5)(3-6)(3-7),二nIodt2(3-8)解微分方程:(3-9)/p.Ip:Iodt2n2CcLknCcLk其初始条件为:VCc(t=0)=0；1c(t=0)=0(3-10)代入方程解得:Vs-VonIp(t)=_s_osintnIo(3-11)LkIpVs-Von.Ic(t)=Io一=-sint(3-12)nnLk；：Vcc(t)KnVs-Vo)(1-cos,t)(3-13)(其中g=

4、,n2CcLk模式2当cos0=时，Vcc(t)达到最大值，此时sin6t=0,%(t)=0,Ip(t)=nI。；二极管Dc关断，输出侧电流流经D1、Lo、Co、Rl、D4和次级绕组，简化电路如图3.8所示。此时满足：Ip(t)=nI。，VCc(t)=2(nVsVo),V=nVs。图3.8模式2简化电路图S1关断，原边电流从S1转移至C1和C2,C1充电，C2放电，简化电路如图3.9所示。由于C1的存在，S1是零电压关断。变压器原边漏感Lk和输出滤波电感Lo串联，共同提供能量，变压器原边电压Vab和整流桥输出电压以相同的斜率线性下降，满足：Vab(t)=Vs-;7nt。CiC3图3.9模式3简

5、化电路图当整流桥输出电压V线性降至箝位电压Vec时，Dh导通，由于Cc的存在使得变压器副边电压下降速度比原边慢，导致电位差并产生感应电动势作用于Lk,加速了e2的放电，为的零电压开通提供条件。简化电路及等效电路如图3.10所示。(3)简化图(b)等效图图3.10模式4主电路简化图及等效电路图由上图可建立如下方程:dvec°dVabndtdtnLkd2Ipdt2(3-14)1pn|c=n|o(3-15)dvab二1Pdt-C1C2(3-16)|cadt(3-17)将(3-14)式和(3-16)式代入(3-17)式得:IcnCcC1C2nCcLkd2Ipdt2(3-18)将(3-18)式

6、代入(3-15)式得:n2CcIp2d2Ip1p","nCcLk2nIo(3-19)C1C2dt2解微分方程:.2.o(3-20)d_Ipn2CcC1C2I二I。dt2n2Cc(C1C2)LkpnCcLk其初始条件为:Ic(f=0,VCc=nVab(3-21)解得:C1C2C1C2Ip(t)=nIo(11_2)cos，t12nIo(3-22)C1C2n2CcC1C2n2Cc,3,2nIonCcLkIoVab(t)2sin.t(C1C2n2Cc).nIotC1C2n2Cc2(nVs_Vo)-s(3-23)nVcc(t)=2.nIo2-、(GC2n2Cc).sin-,t2.nI

7、oC1C2n2Cct2(nVs-Vo)(3-24)VrAJilu（境等效图VccdIpkdt(3-25)IpnIc_nIo(3-26)C1C2n2Cc2.nLk(C1C2)CcC2被放电完全，DS2导通，此时开通S2,由于DS2的存在，$2为零电压开通，变压器原边电压Vab为零，简化电路及等效电路如图3.11所示。itfts图3.11模式5主电路简化图及等效电路图根据上图可建立如下方程:(3-27)1cydVCcIcCdt将（3-25）式代入（3-27）式得:IcCcLk(3-28)dt2将（3-28）式代入（3-26）式得:2d2IpIpn2CcLkT=nI0(3-29)dt2设其初始条件为

8、:1P。=0)=展，VCc(t=0)=%(3-30)代入方程解得:V-Ip(t)=(I.-nIo)cos，tsin.tnIo(3-31)-nLkVCc(t)=nLk.(I.-nIo)sin.tV-.cos.t(3-32)(其中co.=221,n2CcLk此模态结束时，原边电流降为0,整流侧电压为Vp。模式6原边电流复位到零后，Cc提供负载电流，二次侧整流桥输出电压迅速下降，满足:VCc(t)=VJ3-°t(3-33)C该模式的简化电路及等效电路如图3.12所示。简化图同等效图图3.12模式6主电路简化图及等效电路图模式7Cc被放电到零，整流二极管D1D4全部导通，负载电流通过整流二极管续流，续流期间关断S4,由于原边电流已复位，因此S4为零电流关断。其简化电路如图