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软开关半桥DC/DC变换器的PWM控制策略分析

导读: 半桥DC/DC变换器结构简单,控制方便,非常适用于中小功率场合。硬开关变换器高频时开关损耗很大,严重影响其效率。软开关技术可降低开关损耗和线路的EMI。

  0 引 言

  半桥DC/DC变换器结构简单,控制方便,非常适用于中小功率场合。硬开关变换器高频时开关损耗很大,严重影响其效率。软开关技术可降低开关损耗和线路的EMI,提高效率和功率密度,提高开关频率从而减小变换器体积和重量。传统半桥变换器有两种控制方法,一种是对称控制,一种是不对称互补控制。本文主要分析实现半桥DC/DC变换器软开关的PWM控制策略。

  1 控制型软开关PWM 控制策略

  控制型软开关半桥DC/DC变换器不增加主电路元器件(可增加电感电容元件以实现软开关条件),通过合理设计控制电路来实现软开关。图1给出4种控制型软开关半桥DC/DC变换器的PWM 控制策略。

 

图1 控制型软开关PWM 控制策略

  1.1 不对称互补脉冲PWM 控制

  开关管的控制脉冲不对称互补,采用此控制策略的传统不对称半桥变换器已广泛应用于中小功率场合。其原边开关管实现ZVS的方式有2种:负载电流ZVS方式和励磁电流ZVS方式[1]。其优点是:两个开关管都可实现ZVS;一些可改善移相全桥变换器滞后臂软开关条件的措施也可用于不对称半桥变换器;不存在硬开关中的震荡问题;与移相全桥变换器相比,无循环能量。其缺点是:开关管电压应力和开关管软开关条件不一致,上管较难实现软开关;整流管电压应力不一致,且随占空比变化,一些应用场合一个整流管电压很高,器件较难选择;轻载时会失去软开关条件;变压器直流偏磁,负载越重占空比越小,偏磁越严重;非常不适用于宽输入或宽输出电压的应用场合。

  1.2 移相脉冲PWM 控制

  采用此控制策略的半桥也称为双有源半桥[2,3]。

  此控制策略与传统的移相全桥拓扑类似,区别在于移相的两个桥臂分布在变压器的原副边。此拓扑中,变压器的漏感是中间储能元件。原副边半桥各产生一个占空比为50%的方波,通过调节输出两个桥之间的移相来控制变压器漏感的能量从而调节输出电压。此拓扑可实现全负载范围的软开关,同时输出又能获得同步整流。其缺点是:循环能量非常大,输出电流纹波大。为了改善输出电流纹波大的缺点,移相ZVS半桥电路被提出[4]。

 

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