零压零流开关电源的研究与应用

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摘要:提出一种新型的软开关电路拓扑,通过仿真分析和试验验证,实现了变换器的零压零流开关特性,降低了开关损耗,并已应用于通信开关电源。

关键词:变换器零压零流开关仿真

Study and Application of Zero Voltage Zero Current Switching Power Supply

Abstract:A novel soft switching circuit topology is introduced in this paper.Through the simulation analysis and experimental results,the zero voltage zero current switching characteristics of converter are realized,the switching losses are reduced and it has been applied in communication power supply.

Keywords:Converter,Zero voltage zero current switching,Simulation

1引言

目前,具有谐振软开关和PWM控制特点的,相移全桥零电压PWM(FBZVSPWM)变换器得到了广泛应用,由于功率开关器件实现了零电压开关,从而减小了开关损耗,提高了电源系统的稳定性。但是,FBZVSPWM变换器仍然存在占空比丢失严重、环路导通损耗大等缺点。为此,在以上研究的基础之上,本文提出了一种新型的零电压零电流拓扑结构,改善了器件的运行状态,通过仿真分析和试验研究,实现了变换器的零压零流开关特性,并已成功用于通信开关电源。

2工作原理

相移全桥零压零流PWM(FBZVZCSPWM)逆变电路的结构如图1所示。S1~S4为功率开关器件,D1~D4为器件自身反并二极管,D5和D6为阻断二极管,C1~C2为S1和S2的旁路电容,Cb为隔直电容。零压零流逆变电路的相关波形如图2所示。

  在零压零流软开关逆变电路的工作过程中,半个周期有六种工作模式,如图3所示。具体工作过程如下:

Zb1.gif (5825 字节)

图1零压零流逆变电路原理图

Zb2.gif (5747 字节)

图2零压零流逆变电路相关波形

Mode1:

  [t0~t1]期间,S1、S4导通,uAB=Ui,变压器T向次级传递能量,隔直电容Cb电压线性上升。

Mode2:

  [t1~t2]期间,S1关断,S4仍然导通,S1两端并联电容C1充电至Ui,S2两端并联电容放电至零时,S2的反并联二极管D2导通,若S2随后导通,即为零电压导通。

Mode3:

  [t2~t3]期间,S1、S4导通,uAB=0,隔直电容Cb电压全部加在变压器T漏感上,初级电流线性下降至零。

Mode4:Zb3a.gif (5715 字节)

(a)Model(t0~t1)

Zb3b.gif (5673 字节)

(b)Mode2(t1~t2)