ZVZCS移相全桥软开关工作原理

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)。电路拓扑如图3.6所示。图3.6全桥ZVZCS电路拓扑当1S、4S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1S时，电源对1C充电，2C通过变压器初级绕组放电。由于1C的存在，1S为零电压关断，此时变压器漏感kL和输出滤波电感oL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kL，加速了2C的放电，为2S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4S，开通3S，由于漏感kL两边电流不能突变，所以4S为零电流关断，3S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。①模式11S、4S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oL与漏感kL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。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：pCcoskdIVVVLnndt(3-3)pcoInInI(3-4)CcccdVICdt(3-5)由(3-3)式得：2pCckdIdVnLdtdt(3-6)将(3-6)式代入(3-5)式得：22pcckdIInCLdt(3-7)将(3-7)式代入(3-4)式得：222ppckodIInCLnIdt(3-8)解微分方程：222ppockckdIIInCLdtnCL(3-9)其初始条件为：(0)0CctV；(0)0ctI（3-10）代入方程解得：()sinsopokVVnIttnIL(3-11)()sinpsocokIVVnItItnnL(3-12)()()(1cos)CcsoVtnVVt(3-13)（其中21cknCL）②模式2当cos1t时，()CcVt达到最大值，此时sin0t，()0cIt，()poItnI；二极管cD关断，输出侧电流流经1D、oL、oC、LR、4D和次级绕组，简化电路如图3.8所示。此时满足：()poItnI，()2()CcsoVtnVV，rsVnV。图3.8模式2简化电路图③模式3S1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kL和输出滤波电感oL串联，共同提供能量，变压器原边电压abV和整流桥输出电压以相同的斜率线性下降，满足：13()oabsnIVtVtCC。图3.9模式3简化电路图④模式4当整流桥输出电压rV线性降至箝位电压CcV时，hD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kL，加速了2C的放电，为2S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。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：22VpCcabkddIdVnnLdtdtdt(3-14)pcoInInI(3-15)12VpabdIdtCC(3-16)VCcccdICdt(3-17)将(3-14)式和(3-16)式代入(3-17)式得：2212ppccckIdIInCnCLCCdt(3-18)将(3-18)式代入(3-15)式得：222212cpppckonCIdIInCLnICCdt(3-19)解微分方程：22122212()pcopckckdInCCCIInCLdtnCCCL(3-20)其初始条件为：(0)0ctI，CcabVnV(3-21)解得：1212221212()(1)cospooccCCCCItnItnICCnCCCnC(3-22)322212122()()sin()ockoosoabccnInCLInItnVVVttnCCnCCCnC(3-23)22221212()sin2()()ooCcsoccnInIVtttnVVCCnCCCnC(3-24)（其中212212()ckcCCnCnLCCC）⑤模式52C被放电完全，2SD导通，此时开通2S，由于2SD的存在，2S为零电压开通，变压器原边电压abV为零，简化电路及等效电路如图3.11所示。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：pCckdIVLndt(3-25)pcoInInI(3-26)CccdVICdt(3-27)将(3-25)式代入(3-27)式得：22pcckdIInCLdt(3-28)将(3-28)式代入(3-26)式得：222ppckodIInCLnIdt(3-29)设其初始条件为：(0)ptII，(0)CctVV(3-30)代入方程解得：()()cossinpookVItInIttnInL(3-31)()()sincosCckoVtnLInItVt(3-32)(其中21cknCL)此模态结束时，原边电流降为0，整流侧电压为V。⑥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：()oCcIVtVtC（3-33）该模式的简化电路及等效电路如图3.12所示。图3.12模式6主电路简化图及等效电路图⑦模式7cC被放电到零，整流二极管1D～4D全部导通，负载电流通过整流二极管续流，续流期间关断4S，由于原边电流已复位，因此4S为零电流关断。其简化电路如图3.13所示。图3.13模式7主电路简化电路图⑧模式8进入该模式时，3S零电流导通，由于变压器漏感kL两端电流不能突变，因此原边电流pI线性增加，满足：1()spkkVItudttLL(3-34)其简化电路如图3.14所示。图3.14模式8主电路简化电路图