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移相桥滞后桥臂实现零电压开关的方法综述 20 摘要：介绍了移相 桥滞后桥实现零电压开关的困难，以及近几年来出现的几种解决方法，重点分析了它们的工作原理，比较了它们的优缺点。 关键词：零电压全桥变换器；超前桥臂；滞后桥臂；谐振网络 引言 全桥变换器（Full-bridge Converter）通常应用于功率大于400W的开关电源中，特别是在大功率的通信电源中应用比较广泛。但是，硬开关条件下的全桥变换器会带来很大的开 关损耗，不利于开关频率和电源转换效率的提高。针对硬开关损耗大的问题，有人提出了移相控制方法。通过移相控制可以实现开关管的零电压开通和关断，从而大 大改善了开关管的开通与关断条件，这样便可以提高开关的频率，减少电源的体积，提高电源的转换效率。 1 概述 移相全桥变换器如图1所示。要实现开关管的零电压开通，必须要有足够的能量用来抽走将要开通的开关管的结电容（或外部附加电容）上的电荷；并给同一桥臂要 关断的开关管的结电容（或外部附加电容）充电；同时，考虑到变压器的原边绕组的寄生电容，还要抽走变压器原边绕组寄生电容上的电荷。 图1 传统零电压开关的移相全桥电路 由于超前桥臂在开关过程中有输出电流的参与，因此，很容易实现ZVS。而滞后桥臂在开关过程中，变压器原边是短路的，此时整个变换器就被分成两部分，一部 分是原边电流逐渐改变流通方向，其流通路径由逆变桥提供；另一部分是负载电流由整流桥提供续流回路。负载侧与变压器原边没有关系。此时用来实现ZVS的能 量只是谐振电感（漏感和附加谐振电感）中的能量。而谐振电感很小，因此，滞后桥臂开关管实现零电压开通比较困难。 2 非拓扑结构性改变的解决方法 从上面的分析可知，滞后桥臂的开关动作发生在回流过程向能量传送过程的转化阶段，由于输出电感电流不能反馈到原边，使滞后桥臂的开关管并联电容只能依靠变 压器原边的谐振电感进行充放电，而谐振电感中存储的能量很小，使得滞后桥臂开关管实现零电压开通变得很难,特别是在低负载的时候更为明显。要实现滞后桥臂 的ZVS，必须满足LrI22ClagVin2＋CtrVin2，要满足它就必须增加谐振电感Lr和增加电流I2。这样，就有两种非拓扑结构性改 变的方法[1]可以解决滞后桥臂开关管零电压开通难的问题：增加励磁电流和增加谐振电感。但是，增加励磁电流会增加变压器的损耗，增加谐振电感又将引起副 边占空比的丢失。为了更容易实现滞后桥臂的开关管零电压开通，达到既不增加开通损耗，又减少占空比丢失的目的，近来一些新的拓扑结构被提出。 图2 3 滞后桥臂并联谐振网络的零电压开关移相全桥变换器 为了克服滞后桥臂实现零电压开关难的问题，同时又不会引起占空比的丢失和开通损耗的增大，文献[2]提出了一种在滞后桥臂并联一个谐振电感和两个谐振开关 的拓扑结构，如图2所示。开关的控制策略如图3所示。本拓扑在半个周期内有6个工作模态。 模态1S1及S2同时导通，滤波电感电流线性增加。 模态2S1关断，原边电流抽取S3并联电容C3上的电荷，同时对S1并联电容充电，在充放电完毕，D3导通。由于输出电路电感很大，因此，流过滤波电感上 的电流可以看作为一个恒流源。 模态3在D3导通后，就可以零电压开通S3。此时，变压器原边电压变为零，副边电压也同时变为零，4个整流二极管同时导通，以维持输出滤波电感电流。 图3 模态4关断S2，利用存储在漏感上的能量抽取C4上的电荷，并给C2充电，当漏感很小，存储在漏感中的能量不足以抽取C4上的电荷，并给C2充电时，D4 就不会导通，那么S4就不能实现零电压开通。为了使S4实现零电压开通，在关断S2前先开通Sa来建立谐振电流。 模态5当谐振电流建立到足够大时，同时关断S2及Sa，这样有谐振电感和漏感上的能量一同提供充放电所需的能量，使得S4实现零电压开通。 图4 模态6当D4导通，就可以在零电压条件下开通S4，输出电流反馈到原边流过S3及S4。在谐振电感上的能量经过S4和Db回馈到电源。 后半个周期工作状态跟前半个周期一样。 本电路的优点是： 1）滞后桥臂能够成功地实现零电压开通关断； 2）开关的开通损耗比较低； 3）占空比丢损比较小。 本电路中，谐振电感的设计比较重要，如果谐振电感选择得过大，就容易引起不必要的开通损耗，如果过小，又不能够使滞后桥臂实现零电压关断。谐振开关的开通 时间也要合理选择，才能在实现滞后桥臂的零电压关断的条件下又不引起过多损耗。 上面电路的主要缺点是在负载比较小的时候，实现超前桥臂的零电压关断比较困难；电路中增加了两个谐振开关，使电路成本增大；控制电路比较复杂；谐振电路的 开关是硬开关关断，将会产生额外损耗；两个谐振电路都是与同一个桥臂两个开关管并联，使得电路阻尼震荡加剧。 图5 4 一种新的并联谐振网络的零电压开关移相全桥变换器 文献[3]中也