高升壓移相全橋軟開關(guān)變換器的研究

賀根華，祁承超，柳 鑫，王 棟

（空軍預(yù)警學(xué)院 信息對抗系，湖北 武漢 430019）

高升壓移相全橋 DC-DC變換器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用[1-2].為擴(kuò)大滯后橋臂軟開關(guān)范圍，文獻(xiàn)[3-4]提出滯后橋臂串聯(lián)二極管的移相全橋變換器；文獻(xiàn)[5]采用一種新的控制策略實(shí)現(xiàn)超前橋臂的零電流開通，滯后橋臂的零電壓開通(ZVS)，同時在變壓器初級側(cè)加入箝位電路抑制關(guān)斷電流；文獻(xiàn)[6]在變壓器的次級側(cè)加入箝位電容和動態(tài)開關(guān)實(shí)現(xiàn)變壓器初級側(cè)開關(guān)管的ZCS/ZVS.為了獲得高的升壓能力，傳統(tǒng)移相全橋變換器主要通過增加變壓器匝比來達(dá)到目的.增加匝比，變壓器體積將增大.同時，變壓器漏感、寄生電容等將會影響變換器的效率.高電壓輸出也會給輸出整流二極管帶來較高的電壓應(yīng)力，降低了整流二極管的性能，導(dǎo)致較大的損耗和反向恢復(fù)等問題.

為解決上述問題，本文提出了一種改進(jìn)的次級諧振四倍壓整流(secondary resonant quadruple voltage rectifier，SRQVR)移相全橋軟開關(guān)變換器.圖 1所示，開關(guān)管、構(gòu)成超前橋臂，開關(guān)管、構(gòu)成滯后橋臂，、、、為四個開關(guān)管的反并聯(lián)二極管，、、、為四個開關(guān)管的并聯(lián)電容；為輔助電感，、為輔助電容，、為輔助二極管；為串聯(lián)諧振電感；高頻變壓器，初級側(cè)與次級側(cè)的匝比為；為變壓器的漏感；、為次級諧振四倍壓整流電路的諧振倍壓電容，、為次級諧振四倍壓整流電路的續(xù)流二極管，、為次級諧振四倍壓整流電路的輸出二極管，、為輸出電容；為濾波電感，為濾波電容；為負(fù)載.

圖1 SRVQR移相全橋軟開關(guān)變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1 次級倍壓整流電路特性

本文中次級電路整流二極管的零電流關(guān)斷都是利用變壓器的漏感與倍壓電容構(gòu)成的諧振回路實(shí)現(xiàn)的[7-10].因此，變換器初級側(cè)能量傳遞到次級側(cè)的過程中，整流電路可以等效成兩條諧振回路.

圖2 諧振回路1

諧振回路1如圖2所示，該諧振回路是一條基本串聯(lián)諧振電路.假設(shè)在時刻，諧振電感和諧振電容開始諧振工作，諧振電感的初始電流為，諧振電容的初始電壓為.電路的微分方程為：

對式(1)和式(2)兩微分方程進(jìn)行求解，可得：

圖3 諧振回路2

輸出電壓的表達(dá)式為：

圖4 輸出電壓與輸入電壓的比值曲線

2 整流二極管實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷(ZCS)的條件

次級電路整流二極管的零電流關(guān)斷(ZCS)是利用變壓器的漏感與倍壓電容構(gòu)成的諧振回路實(shí)現(xiàn)的.因此，二極管要實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷(ZCS)，應(yīng)滿足以下條件：

3 仿真結(jié)果

在Matlab/Simulink軟件，搭建SRQVR移相全橋軟開關(guān)變換器的閉環(huán)電路，通過觀察變換器穩(wěn)態(tài)工作時的波形，來驗(yàn)證變換器的特性.仿真參數(shù)如下：直流輸入電壓，變壓器匝比，輔助電感，輔助電容，變壓器初級側(cè)的漏感作為變壓器初級側(cè)串聯(lián)電感，本實(shí)驗(yàn)仿真中取，變壓器次級側(cè)串聯(lián)諧振電感（變壓器次級側(cè)的漏感），諧振電容，開關(guān)頻率，輸出濾波電容，輸出濾波電感，負(fù)載.

在滿載和輕載2種情況下進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，仿真分析：超前橋臂兩個開關(guān)管中的漏—源兩端電壓及驅(qū)動電壓波形；滯后橋臂兩個開關(guān)管中的漏—源兩端電壓及驅(qū)動電壓波形；續(xù)流二極管電壓、電流和輸出二極管電壓、電流的波形；輸出電容和的波形.

圖5 滿載情況下的仿真結(jié)果

圖6 輕載情況下的仿真結(jié)果

4 結(jié)論

針對高升壓移相全橋變換器存在滯后橋臂軟開關(guān)范圍實(shí)現(xiàn)窄，輸出端各元器件電壓應(yīng)力大等問題，提出了一種次級諧振四倍壓移相全橋變換器，通過仿真驗(yàn)證了該變換器可以擴(kuò)大滯后橋臂軟開關(guān)的范圍，將整流二極管所承受的電壓應(yīng)力減半.