PWMDCDC全桥变换器的软开关技术

脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术第六部分PWMDC/DC全桥变换器的软开关技术概述DC/DC全桥变换器PWMDC/DC全桥变换器的软开关技术基本原理现代电力电子装置的发展趋势小型化、轻量化、对效率和电磁兼容性也有更高的要求电力电子装置高频化滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化开关损耗增加，电磁干扰增大软开关技术降低开关损耗和开关噪声进一步提高开关频率概述概述硬开关开关过程中电压和电流均不为零，出现了重叠电压、电流变化很快，波形出现明显得过冲，导致开关噪声t0a）硬开关的开通过程b）硬开关的关断过程图6－1硬开关的开关过程uiP0uituuiiP00概述软开关在原电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压、电流的重叠。降低开关损耗和开关噪声uiP0uitt0uiP0uitt0a）软开关的开通过程b）软开关的关断过程图6－2软开关的开关过程DC/DC全桥变换器DC/DC全桥变换器由全桥逆变器和输出整流滤波电路构成:DC/DC全桥变换器--全桥逆变器及其控制Q1~Q4，D1~D4TrK=N1/N2控制方式:双极性有限双极性移相控制方式1、双极性控制方式2STD晶体管为PWM工作方式，Ts前半周,Q1、Q4导通时间，D为占空比，后半周Q2、Q3也同样导通1、双极性控制方式21D当占空比时，Vab与Vo不受D的影响。感性负载时不宜采用这种控制方式。2、有限双极性控制方式一个桥臂的两个管子为PWM工作，另一个桥臂的两个管子轮流导通半个周期2、有限双极性控制方式Q1关断时，D3和Q4续流回路Vab=03、移相控制方式这种控制方式是Q1和Q3轮流导通180°电角，Q2和Q4也一样，但是Q1和Q4不同时导通，若Q1先导通，Q4后导通，两者相差α电角。Q1，Q3为超前桥臂，Q2，Q4为滞后桥臂3、移相控制方式PWMDC/DC全桥变换器的软开关技术基本原理PWMDC/DC全桥变换器的软开关技术基本原理开关导通时间定义PWMDC/DC全桥变换器的控制策略基本控制策略：斜对角两只开关管同时导通或关断，每只开关管的导通时间小于1/2开关周期。PWMDC/DC全桥变换器的控制策略新的控制策略：①Q2和Q4导通时间不变，将Q1和Q3的导通时间向前增加一段时间或者增到半个周期②Q1和Q3导通时间不变，将Q2和Q4的导通时间向后增加一段时间或者增到半个周期③将Q1和Q3的导通时间向前增加一段时间或者增到半个周期，同时将Q2和Q4的导通时间向后增加一段时间或者增到半个周期PWMDC/DC全桥变换器的控制策略族PWMDC/DC全桥变换器的控制策略族PWMDC/DC全桥变换器的控制策略族PWMDC/DC全桥变换器的控制策略族PWMDC/DC全桥变换器的控制策略族PWMDC/DC全桥变换器的两类切换方式三种工作状态三种切换方式两类切换方式（一）---同时关断切换方式两类切换方式（二）---同时关断切换方式Q1,Q4关断,原边电流给C1和C4充电,同时C2和C3放电,限制Q1,Q4的电压上升率,实现软关断。当C1和C4电压上升到Vin时,C2和C3电压下降到零.此时D2,D3导通,为Q2，Q3提供零电压开通的条件。但是此时如果开通Q2和Q3，在AB两点出现的就是占空比为1的交流方波电压两类切换方式（二）---同时关断切换方式•从上面的分析可知：在斜对角两只开关管同时关断切换方式下出现了+1/-1或者-1/+1的切换方式,无法实现开关管的软开关,.两类切换方式---关断时间错开切换放式超前桥臂和滞后桥臂：如果Q1和Q3分别在Q2和Q4之前关断，可以定义先关断的开关管Q1和Q3组成的桥臂为超前桥臂，而后关断的开关管Q2和Q4组成的桥臂为滞后桥臂关断时间错开切换放式—超前桥臂的软开关实现在这个时段里，漏感和滤波电感串联,而且滤波电感很大,因此可认为原边电流近似不变,类似恒流源,这样C1电压线性增加,C3电压线性减小。T1时刻，C3电压下降到0，Q3反并联二极管D3自然导通，此时开通Q3，就是零电压开通.这时，Vab=0，该开关方式为+1/0切换方式.T0时刻之前,Q1Q4导通,Vab=(+1)Vab,原边电流流过Q1,Q4,T0时刻关断Q1,原边电流转移到C1C3支路,C1被充电C3被放电,由于有C1C3,Q1是零电压关断。从上面分析可得:超前桥臂在关断时,漏感和输出滤波电感串联,原边电流近似不变,是一个恒流源,因此(1)超前桥臂只能实现零电压开关,不能实现零电流开关.(2)超前桥臂容易实现零电压开关关断时间错开切换放式—0状态的说明•从前面的分析可以知道,0状态实际上是非常简单的一种工作状态。如果在主电路中加入一定的电路，就可以使0状态出现两种工作模式：一种是恒流模式，一种是电流复位模式。•所谓恒流模式，就是在0状态下，使原边电流基本保持不变，为滞后桥臂提供零电压开通条件；而电流复位模式就是在0状态下，使原边电流减小到零，为滞后桥臂提供零电流开关条件。关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现滞后桥臂的零电压开关:如果0状态处于恒流模式,原边电流流过D3和Q4,当Q4关断时,电流转移到C2C4支路,给C4充电,给C2放电,由于有C2C4,Q4是零电压关断。当C2电压下降到0，Q2反并联二极管D2自然导通，此时开通Q2，就是零电压开通.这时，Vab=(-1)Vin，该开关方式为0/-1切换方式问题:当Q4关断后,C4电压线性增加,Vab=-Vc4，使DR2也导通,将变压器复变副边短接,变压器原边电流为零,Vab电压全部加在漏感上,使原边电流减小,如果漏感能量较少,就会出现C4的电压还没有增加到Vin,原边电流就已经减小到零,C4的电压就会使原边电流反向增加,而且C4的电压也会下降,同时C2电压上升,当Q2开通时,C2电压不为零,Q2就不能实现零电压开通,而是硬开通关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现•从上面的分析可以得出四个结论：(1)在恒流模式下，滞后桥臂开关管上要并联电容，以实现ZVS；（2）滞后桥臂实现ZVS的能量是漏感中的能量；（3）漏感远远小于输出滤波电感，因此滞后桥臂实现ZVS较超前桥臂困难；（4）漏感能量与负载有关。负载越大，能量越大，负载越小，能量越小。漏感能量不足以使滞后桥臂实现零电压开关，必须采用辅助电路来帮助漏感实现滞后桥臂的零电压开关。关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现滞后桥臂的零电流开关:如果0状态处于电流复位模式,当Q4关断时,原边电流以为0，Q4是零电流关断.当Q2开通时,由于存在变压器漏感,原边电流不能突然增加,而是以一定斜率增加.因此可认为Q2是零电流开通。这时，Vab=(-1)Vin，该开关方式为0/-1切换方式关断时间错开切换放式—滞后桥臂的软开关实现PWMDC/DC全桥变换器软开关的实现原则PWMDC/DC全桥变换器的两类软开关方式小结ZVSPWMDC/DC全桥变换器•前面讨论了滞后桥臂的零电压关断,即电容的存在可以实现零电压关断,现在关心的是开关管开通的情况.•下面先讨论滞后桥臂的情况ZVSPWMDC/DC全桥变换器ZVSPWMDC/DC全桥变换器ZVSPWMDC/DC全桥变换器ZVSPWMDC/DC全桥变换器移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理移相控制ZVSPWMDC/DC全桥变换器的工作原理Theend!参考资料•《脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术》阮新波严仰光著科学出版社•《电力电子技术》西安交通大学王兆安黄俊机械工业出版社