零电压移相全桥DC-DC变换器

1、零重屋移相全檎DC-DC夔换器1 .介貂在 DC-DC 夔换器中，Buck, Boost, Buck-Boost, Cuk,Flyback 和 Forward等罩管构成的看路一般鹰用于小功率埸合，而在大功率埸合即J 用全椅燮换器.我凭知道DC/DC PWM全檎燮换器的戟方式分悬 雨一是零霄屋(ZVS)方式，另一是零霜座零甯流(ZVZCS)方式.在ZVS方式中，最典型的甯路是移相控制零 AWPWM燮换器(Phase-shifted Zero - Voltage - Switching PWM Converter, PS ZVS PWM燮换器).，它利用燮屋器的漏感和管 的容管的零甯屋，身，拓衲皓

2、构曾洁，同畴又说了 恒频率控制，魔泛愿用在中大功率埸合.零重屋移相全槁DC DC燮换器(FB ZVS-PS)是一种比敕成 功的大功率技街的DC/DC燮换器，在大功率及中功率范圉1T 说了零霜屋所以很多通霜源都采用il种新技狒亍，输出功率几 百瓦，输入甯屋高.其主要"超是由于零重屋和速'磺的频率操作 优而效率高.并且控制曾罩痴似于硬IPWM全槁燮换器.主要缺黠是ZVS状熊的翼载相依性，所以夕昔遇了 载.因此几乎，一值I 鹰用都需要一他大整流重感与燮屋器串聊大翼戴范圉的ZVS.1亥 大的甯感不僮在触戴畤羟生不可接受的高的傅等损失，而且阻止了初级 甯流极性的.馍慢燮化，适是造成减小

3、有效占空比的原因.所以必须有一 他折衷考到输入甯屋，负栽范圉，占空比，效率等特性的鼓含十.本文主要介绍一值1带有LCC辅助重路，工作频率悬250KHz翰出功率 IblKW的零甯屋移相全橘DC -DC燮换器.ICC辅助甯路建在重源重路 的P A引脚，它由一他重容分屋器和一他甯感，言亥重感耳弗在重容分屋器 的中黑占和pa引脚中.站之nq.优而在串甫助甯感的一端崖生一值输入霓: 屋一半的重屋.春亥甯屋在一V1/2和'+V1/2之fid振藻，羟生一低外 的甯流，在辗源到有源遇渡期惜?用于增强初级甯流并且增加了ZVS 的可利用能量.通谩造种方法不用和燮座器串耳的整流重感来之殳言+FB - PS

4、一ZVS DC/DC燮换器成悬可能，避免了 耳第的有效占空比缩减的冏 题.更重要的是，通遇合理的W殳言十LCC重路，ZVS范圉和有效占空可以 最优化.2 .推荐的燮换器SIATRn:S2-EmmFig. 1 FBPSZVS DC7DC converter with LCC circuit: powerA.工作原理推荐燮换器的原理圈兑Figi.籁燮换器是一位M挈统的FBZVS PS DC DC燮换器，包括了一位1LCC重路，目的是不失占空比，提高ZVS 苑圉.燮换器辗源到有源引由晶体管S2和5股且成.有源到瓢源引腕由晶体 管SI和S3%且成.甯容Cl, C2, C3, C4和二级体DI, D2,

5、 D3, D4是槁式晶体管各自的输出重容和内部二级体.TR代表甯源建屋器，其匝敷比 卷n, LF是滤波重感,CF悬输出甯容,DA和DB是燮换器的整流二级 体.辅助LCC重路由甯容分屋器(CPA1, CPA2)和重感(Ls).雷IMS2除通畤，Ls呈现正的重屋V1/2,相反富S4尊通暗呈琨J的重 屋一V1/2造棣就强制崖生一他甯流来使串甫助霜感幺冬端重屋平衡，3亥重 流在PA樽折黠彝生8精鬟得其最大值.B.燮换器分析Figi所示的推荐燮换器重路初级侧雷流ip在一他周期内有十种腌1. 模憩.Fig2悬其波形.由于循琪封耦性，在下面的分析中只考虑其正的 甯流.故共分析五佃不同的模憩其等效重路如圈Fi

6、g3 7.各模憩工 作情沆描述如下：,.MODE 1 (active)<<1% 力L. * 轴 妗嬴惚假言殳在1=9畴DB卷截止，S1和S2卷零通，DA鹿于整流状熊.输入. tSAVl,初级重流同霜路中的感量成比例的性上升.LTRf燮 屋器漏感，LF卷滤波重感.言亥模魅下幸甫助甯感端B相富于接地，所以 Ls的雷涯悬V1/2.流遇Ls的重流性增加，直到S2截止,辅助重路作卷一揭立重路工 作，封于初级僧I霜流:攵有影辔,优等效霜路上来看初级伊1重流ip和Ls 内的重流Ils由式(1)和(2)得出,其中10和ILSO是Ip和加在t=tO畤 的初始重:流.Fig. 3 Equivalent

7、 ciftuit during Mode I.T恤S(/)="""b(/T0)+/0(I)LeqS(/)=(/-")+/ LS'o(2)Leql=LTR 汁 I)%.MODE 2 (active-to-passive resonant transition) tl<t<t2营亥模憨有一佃很短的持.优 有源到辗源的振It换是在11畤刻晶体 管S1截止始的.而S2仍醇通.原遏 甯流然S1中樽移到C1和C3之路中， 给C1充甯，封C3放重，初级使J重流 流遇S2和重容C (C相富于C1和C2的并 W).DA仍然醇通.在之亥模熊下重容C1重屋

8、耨性上升, C3重屋性下降，初级低重流卷：Fig. 2 Rl-PS-ZVS (X'itX' ccnvcncrw通 LCC circuir： clcaricaJip = /rsin(69r(/-/|) + .)Il是在tl畤刻初级例I重流的初始值.只要S2一直卷要通状憩，Ls内的甯流就一直由式（2）决定,在t2B寺刻，C3重屋降到零，D3自然溥通（ZM鼠射彳花而幺吉束皎模熊.的6 2%懑l;ig. 4 Equivalent circuit during Mode II.MODE 3 (passive)在重容C充重后D3冏始醇通，整流后的翰出甯流反惯到初级低J,此 a|VABO .

9、初级J胪雷流始减小，同畤使建屋器副遴重屋极性改建， 副逡感鹰霜势上正下翼，整流二级体DA保持在醇通状熊,霜路谨入瓢 源模憩Ji一直持到t3畤刻S2的栅极服冲移掉.优等效甯路来看，初级 便I重流由下式得出：心产心.Leq.VSLTRf /n22七 + LfLTRf 1 nl;ig.5 Equivalent circuil in mode IIIFig.6 Equivalent circuit in inode IV.其中12是初级仰甯流的初始值.模憨3的谩程常中燮原器次级相J的甯原由式（7）得出，而由于S2仍 然醇通，故Ls内的甯流仍由式（2）得出,-MODE 4 （passive-to-act

10、ive resonant transition 9 t3<t<t4言亥模熊徙6畤刻S2的栅极信嬲移除始.D3仍然醇通，初级例J重 流流谩C2C4,与模憩2相反，雨他整流二级体都是醇通的，因此，翰出 漉波臂感没有呈现在甯路中，所以再甯容C2和C4的充放重不起作用.基 于造他原因，ZVS状熊在傅统燮换器中触载脩件下很主隹现.然而道里 鹰用的LCC辅助甯路，在前面三低模憩中储存的了能量，符可以提供出 来用于置现ZVS.产小、优上8的等效重路可以看出，常S2截止畤Ls (道里相富于一值1甯流 源)内的甯流符被加到初级便嚏流来封重容C2/C4充放霜.在薇模熊中, 甯容C南端的甯屋符徙0上升到

11、VI ,初级便I甯流由下式给出：-ip = W + 心3)cos漳一3一/应(8)其中13和1LS3是初级供常流和串甫,助甯感重流各自的初始值.由于 模憩4的短暂期FLs内的重流近似普速'殖的，it等于它在S 2的栅极 胀冲移掉畴的重流1LS3.3亥模熊在重容重屋在t4B寺刻连到VI畤结束.MODE 5 ( linear transition 9 t4<t<t5D4在t4B寺刻始尊通金玄模憨的本命特性是初级例J甯流卷反极性. 常初级伊I甯流到逢0畤，S2和S4始除通，直到整流二级体DA截止. 优等效重路圈看，初级便J重流卷:5 = 丁"""一4

12、)+，4l7V(9)重感Ls的B端琪在耳带到V 1,辅助重感的霜屋.rVl/2.Ls内的甯流 始减小，jt由式(10)得出.'LS =-/-"-)+%3(10)ZLS相于模魅5持5畤的畤隔(t5t4)反映了损失的占空比. 因此卷了减小道他隔,在极性燮化期要使初级侦甯流领斜的可 能高.与僖统燮换器中彝生的相反的是，在推荐的燮换器中，霜流« 僮由建座器的漏感限定.所以损失的占空比僮僮依赖于建 原器的构造限度.Fig.7 Equivalent circuit in mode V3.能量平衡道里研究的一他目的是在L C C甯路功能参数上掩得Z V S特性, 徙而建立正确的重

13、感，高效率,ZVS状憩是通遇计算给重容充重的必须能量Wc和储存在辅助甯 感Ls内的能量Wl：% 二匕 C2+C4/ 也二暮知/+崇(11)(12)其中I。是输出甯流平均值, t%Z VS,由卦算可得：T是工作周期.常WlWc畤才可以3.能量平衡道里研究的一他1目的是在L C C甯路功能梦敦上/鬟得Z V S特性, 徙而建立正确的重;感，高效率.Z VS状憩是通谩算给甯容充重的必须能量Wc和储存在*甫助重 或Ls内的能量Wl：附夕 C2+C4 匕 2(|)队=弥"町+萼'(Zn 2 Ls其中1 o是输出重流平均值, t%zvs,由t十算可得：T是工作周期.常Wl>Wc畤才可以(13)Fig8所示卷不同重感值畤交换能量Wl随翼载甯流的燮化曲,级. 可以看出ZVS的必须能量(Wc=125uJ ) . Wl同Wc曲 的交叉黠是Z V S的界状况.常Ls140uH畴，零霜屋可以在 所有负载范圉内都可以喟、说.Fig. 8. Variation of the commutating oiergy WL with the load current with 均 as