全桥零电压、零电流高频功率变换器的研究

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PWM硬开关技术使得开关损耗已经成为DC-DC PWM变换器高频化发展的一个显著障碍,只有降低开关损耗才能获得体积更小、效率更高的变换器,因而软开关技术应运而生。 本文在讨论了全桥零电压(PS-FB-ZVS-PWM)功率变换器的明显不足的基础上,重点分析了全桥零电压零电流(PS-FB-ZVZCS PWM)功率变换器的实现策略,此类变换器在原边电压过零期间复位原边电流,实现超前桥臂零电压开关以及滞后桥臂零电流开关。随后对国内外先后提出的多种不同的拓扑结构进行了比较,比较表明本文介绍的滞后桥臂串入二极管的全桥ZVZCS PWM功率变换器具有的优点为:不存在原边环流,提高了变换器的变换效率;可在任意负载和输入电压范围内实现滞后桥臂的零电流开关,拓宽了软开关的范围。 本文首先分析了该功率变换器的工作原理和电路特性,使用电路仿真软件PSPICE对ZVZCS全桥软开关功率变换器进行了仿真和分析。得出了变换器的优化设计参数;并基于该变换器电路拓扑结构,设计出一台50V/15A的移相控制零电压、零电流软开关电源样机,该样机设计分为主电路设计和控制电路设计两大部分,其中控制电路以UC3875芯片为核心。此外还给出了驱动电路、保护电路及高频变压器等的详细设计过程,并在实验样机上测量出实际运行时的波形及变换器效率。并将部分仿真和实验波形进行了对比分析。分析结果验证了该变换器电路拓扑能在很宽的负载范围内实现超前桥臂的零电压开关,在任意负载和输入电压范围内实现滞后桥臂的零电流开关;在很宽的负载范围内都具有较高的变换效率,因此具有很好的应用和推广价值。
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