大功率软开关移相全桥变换器的研究［日期：2006-5-15］來源：电源技术应用作者：鞠志忠，童可明［字体：大屮小］摘要：为了解决移相全桥变换器的占空比丢失严重和开关管电爪应力增大的问题，提出适用于大功率移相全桥变换器的主电路拓扑，进行了原理分析，完成了1000A大功率肓流稳压电源的设计。关键词：大功率；软开关；DC/DC变换器；起动电源中图分类号:TM46文献标识码：A文章编号：0219—2713(2005)06-0017(4)0引言文献⑴［2］提出的移相ZVSPWMDC/DC全桥变换器的主要缺陷是山空比丢失严重；文献［1］［3］提出的移相ZCZVSPWMDe/DC全桥变换器的主要缺陷是滞丿丘桥臂开关管的电用应力增人，这祁不适用于大功率冲击负载和飞机、白行火炮、坦克、导弹等武器装备的起动电源。本文提出了适用于大功率冲击负载的一种移相全桥变换器的电路拓扑，分析了工作原理，完成了1000A肓流稳压电源的设计，给出了实验结果。I一种大功率移相全桥变换器1.1电路拓扑大功率变压器副边串联移相DC/DC全桥变换器的电路拓扑如图1所示。Cb是阻断电容，Lr是上逆变器的漏感。IGBT模块S1〜S4控制方式为移相控制，称"和S3组成的桥臂为超前桥臂，S2和S4组成的桥臂则为滞示桥臂，D1-D4为IGBT模块体内二极管。下逆变器与上逆变器完全一样。图1丸功率变压器副边串联移相DC/DC全桥变换器的电路拓扑1.2工作原理图2给出了该变换器的主要波形。uAB为A、B两点间电压，uCD为c、D两点间电压,Vin为输入肓流电压。假设变压器r的原边电流ip方向自下而上为正，阻断电容Cb电压ueb方向为左正右负，C1=C3=C2=C4=Cr,滤波电感人〉"（n足变压器原、副边匝比）。在一个开关周期屮，有42种开关模态，各开关模态分析如下。1）开关模态0[tO时刻]在tO时刻，S1和S4导通。原边电流iO流经S1、阻断电容Cb、漏感Lr、变压器T原边绕组N1以及S4。整流管DR1导通，DR2截止，原边给负载供电。原边电流ip给阻断电容CR2充电。输出滤波电感Lf足够大，可以将它看成一个电流源。此时，原边电流ip=lpo=lo/n,Io是输出负载电流。在to时刻阻断电容Cb电vCb二Vcb（tO）。图2大功率变压器副边串联PWMDC/DC变换莒的主要波形(1.)(3)2）开关模态在10时刻关断S1,ip从S1屮转移到C3和C1屮，给C1充电，同时C3被放电。在这个时段里，Lf折算到原边的电感n2Lf和漏感Lr串联，而且Lf很大，可以认为iO近似不变，类似于一个恒流源，其大小为ip=lpo=lo/n3原边电流iO继续给阻断电容Cb充电。C1的电压vc1从零开始线性上升.C3的电压vc3从Vim开始线性下降。有如,（/）=Kb（/（））+含（/一伽）（2）,n■2G因此S1是零电压关断。在VI时刻，C3的电压下降到零，S3的反并二极管D3白然导通，从而结束开关模态I0该模态的持续时间为在和时刻，阻断电容Cb±的电压为(10)式中：Z在/I时刻，阻断电容a上的电压为Vcb(/i)=Vcb(Zo)+7r/pUoi=K：b(fo)+2(5)3)开关模态2[t1,t2]导通后,在"时刻,开通S3.S3是零电压开通。S3与S1驱动信号Z间的死区时间td(lead)>t01,即(6)在这段时间里，D3和S4导通，A、B两点电压uAB等于零。此时加在漏感上的电压为阻断电容电压vCd而变爪器原、副边绕组电爪均为零，变压器副边两个蔡流一•极管DR1和DR2同时导通。在这个时段里，虽然滤波电感Lf折算到原边的电感为零，但足由于漏感还是较大，所以原边电流稍微减小，阻断电容电压继续充电。因此，可认为在这个开关模态屮,原边电流基木不变，阻断电容电压是线性上升，即iP(t)=/pO(7)vcb(I2)=Kb(to)+g/po如(8)7T、(12二/2-仃二于一〃才一如圖一加(9)式中：Tn为开关周期；Ds为原边占空比。4)开关模态3[t2,t3]在t2时刻，关断S4原边电流ip转移到C2和C4屮，一方面抽走C2上的电荷，另一方面同时义给C4充电。由于C2和C4的存在，S4的电压是从零慢慢上升的，因此S4是零电压关断。此时vAB=-vC4,而vAB的极性白零变为负。由于敕流管DR1和DR2同时导通，将变压器副边绕组短接，变压器副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零，vAB頁接加在漏感L「及Cb±,因此在这段时间里Lr和C2、C4在谐振T作。原边电流ip和电容C2及C4的电压分别为在t3时刻，C4的电压上升到Vin,D2白然导通，结束该开关模态。它的持续时间为iy(t)=/pocosco(/一/：)VCA(t)=Zp/posin3(t...