電流模式控制倍流整流器ZVS PWM全橋DC-DC變換器的研究

1、引言
傳統的PWM DC/DC 移相全橋零電壓軟開關（ZVS）變換器利用變壓器的漏感或/和原邊串聯電感和開關管的外接或/和寄生電容之間的諧振來實現零電壓軟開關，由於超前橋臂和滯後橋臂實現零電壓軟開關ZVS的條件不盡相同，導致了滯後橋臂實現零電壓軟開關ZVS的難度比超前橋臂要大得多；輸出整流二極體換流時關斷的二極體反向恢復會引起次級較大的電壓尖峰；並且還存在較為嚴重的副邊佔空比丟失的情況。為了解決這些問題，以下提出了一種改進型的電路拓撲結構。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/163501.htm

2、改進型移相全橋ZVS DC-DC變換器主電路
改進型移相全橋ZVS DC-DC變換器主電路結構和各點波形對照如下圖2-1(a)和(b)所示：

容易看出改進型的電路拓撲與基本型電路的主要差別在於副邊整流電路，該整流電路被稱為倍流整流器（Current-Doubler Rectifier，CDR），是目前應用的熱點之一。下面首先介紹一下該整流電路。與全波整流相比，倍流整流器的高頻變壓器副邊繞組僅需一個單一繞組，不用中心抽頭。與橋式整流相比，倍流整流器使用的二極體數量少一半。所以說，倍流整流器是結合全波整流和橋式整流兩者優點的新型整流器。當然，倍流整流器要多使用一個輸出小濾波電感。但此電感的工作頻率及輸送電流均比全波整流器的要小一半，因此可做得較小，另外雙電感也更適合於分布式功率耗散的要求。

以下我們來研究一下改變整流電路後變換器主電路的工作狀況有什麼不同。

由於電路工作狀態在一個周期內可以分為兩個完全一樣的過程，所以以下僅僅分析半個周期的情況，而這半個周期又可分為以下三種開關模態（對照上圖2-1所示）。

(1). 開關模態 1： t₀ t t₁ 其中t1=DT_s/2

此時Q₁和Q₄同時導通，變壓器副邊電感L₁和整流管D_S2 導通, 原邊能量向負載端傳遞。此模態的等效電路如下圖2-2：

其中，a為變壓器變比，Vin是直流母線電壓，I₁和I₂分別是電感L₁和 L₂電流（L₁=L₂=L_s），此時有如下等式成立：

當Q₄關斷時該模態過程結束。

(2).開關模態 2 ： t₁ t t₂ 其中t₂≤T_s/2

在t₁時刻關斷Q₄ ,此時副邊電感L₁中儲存的能量給Q₄電容（或並聯電容）充電同時將Q₃兩端電容電荷放掉。為了實現軟開關，Q₄關斷和Q₃開通之間至少要存在一死區時間Δt₁, 使得在Q₃開通前D₃首先導通，且有等式：

成立。其中C_eff 是開關管漏源兩端等效電容，I_p1為 t₁時刻變壓器原邊流過電流。當D₃導通後，變壓器副邊兩個二極體D_S1 和D_S2同時導通，電路工作在續流狀態。此時等效電路如下圖2-3所示：

此時有如下電路方程成立：

其中D為脈衝佔空比，f_S為電路工作頻率，L'_ik為主邊變壓器漏感（或與外接電感的串聯值），r_t是變壓器原邊等效電阻，τ是原邊等效電流衰減時間常數，V_fp是反並聯二極體導通壓降。

(3). 開關模態3： t₂ t t₃ 其中t₃=T_s/2

處於該模態時，電路原邊導通情況與以上的模態2一致。此時由於換流過程結束，D_S2關斷。所以等效電路如下圖2-4所示：

此時有電路方程如下：

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