軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器的PWM控制策略分析

　　 引 言

　　半橋DC/DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，非常適用于中小功率場(chǎng)合。硬開(kāi)關(guān)變換器高頻時(shí)開(kāi)關(guān)損耗很大，嚴(yán)重影響其效率。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可降低開(kāi)關(guān)損耗和線路的EMI，提高效率和功率密度，提高開(kāi)關(guān)頻率從而減小變換器體積和重量。傳統(tǒng)半橋變換器有兩種控制方法，一種是對(duì)稱控制，一種是不對(duì)稱互補(bǔ)控制。本文主要分析實(shí)現(xiàn)半橋DC/DC變換器軟開(kāi)關(guān)的PWM控制策略。

　　1 控制型軟開(kāi)關(guān)PWM 控制策略

　　控制型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器不增加主電路元器件(可增加電感電容元件以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。圖1給出4種控制型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器的PWM 控制策略。

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　　圖1 控制型軟開(kāi)關(guān)PWM 控制策略

　　1.1 不對(duì)稱互補(bǔ)脈沖PWM 控制

　　開(kāi)關(guān)管的控制脈沖不對(duì)稱互補(bǔ)，采用此控制策略的傳統(tǒng)不對(duì)稱半橋變換器已廣泛應(yīng)用于中小功率場(chǎng)合。其原邊開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS的方式有2種：負(fù)載電流ZVS方式和勵(lì)磁電流ZVS方式[1]。其優(yōu)點(diǎn)是：兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都可實(shí)現(xiàn)ZVS;一些可改善移相全橋變換器滯后臂軟開(kāi)關(guān)條件的措施也可用于不對(duì)稱半橋變換器;不存在硬開(kāi)關(guān)中的震蕩問(wèn)題;與移相全橋變換器相比，無(wú)循環(huán)能量。其缺點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力和開(kāi)關(guān)管軟開(kāi)關(guān)條件不一致，上管較難實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān);整流管電壓應(yīng)力不一致，且隨占空比變化，一些應(yīng)用場(chǎng)合一個(gè)整流管電壓很高，器件較難選擇;輕載時(shí)會(huì)失去軟開(kāi)關(guān)條件;變壓器直流偏磁，負(fù)載越重占空比越小，偏磁越嚴(yán)重;非常不適用于寬輸入或?qū)捿敵鲭妷旱膽?yīng)用場(chǎng)合。

　　1.2 移相脈沖PWM 控制

　　采用此控制策略的半橋也稱為雙有源半橋[2，3]。

　　此控制策略與傳統(tǒng)的移相全橋拓?fù)漕愃疲瑓^(qū)別在于移相的兩個(gè)橋臂分布在變壓器的原副邊。此拓?fù)渲校儔浩鞯穆└惺侵虚g儲(chǔ)能元件。原副邊半橋各產(chǎn)生一個(gè)占空比為50%的方波，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出兩個(gè)橋之間的移相來(lái)控制變壓器漏感的能量從而調(diào)節(jié)輸出電壓。此拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍的軟開(kāi)關(guān)，同時(shí)輸出又能獲得同步整流。其缺點(diǎn)是：循環(huán)能量非常大，輸出電流紋波大。為了改善輸出電流紋波大的缺點(diǎn)，移相ZVS半橋電路被提出[4]。

　　1.3 脈沖移位PWM 控制

　　文獻(xiàn)[5]提出脈沖移位PWM 控制策略。上管下降沿與下管前沿互補(bǔ)，脈寬相同。可實(shí)現(xiàn)下管的ZVS開(kāi)通，上管仍然是硬開(kāi)關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是：可減少部分開(kāi)關(guān)損耗;變壓器不存在直流偏磁;整流管電壓應(yīng)力對(duì)稱;寬范圍輸入上優(yōu)于不對(duì)稱半橋。增加輔助電路可實(shí)現(xiàn)上管的ZVS[6].

　　1.4 不對(duì)稱脈沖PWM 控制

　　文獻(xiàn)[7]提出不對(duì)稱脈沖PWM 控制，其下管下降沿與上管的前沿互補(bǔ)，上管可實(shí)現(xiàn)ZVS.只要設(shè)計(jì)的占空比較小，無(wú)需其它措施即使工作在較高頻率下開(kāi)關(guān)損耗也很小。變壓器直流偏磁，除占空比端點(diǎn)外，偏磁電流小于不對(duì)稱半橋。寬范圍適用性優(yōu)于傳統(tǒng)的不對(duì)稱半橋。低壓大電流的應(yīng)用場(chǎng)合有一定的優(yōu)勢(shì)。