移相全桥PWM ZVS DC-DC变换器运行缺陷简析

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移相全桥DC-DC变换器目前被广泛的应用在汽车、通讯以及光伏变电系统中,凭借高效率、高稳定性的优势,这种新型的变换器正在逐渐成为不同行业的应用新宠。然而,即便是具备了多种优势的移相全桥PWM转换器,也同样具有一些无法克服的缺陷,本文将会就该种类型转换器的缺陷进行简要总结和分析。

在实际应用中,移相全桥PWM转换器的一个最大缺陷在于,当其处于轻载状态时难于实现ZVS。这是因为该种转换器的超前桥臂和滞后桥臂开关管实现ZVS的条件不同造成的。由于两个桥臂上的开关管实现ZVS都需要相应的并联谐振电容能量释放为零,这样二极管才能自然导通。而对于超前桥臂来说,T2开通前的t01期间,放电电流ip较大且恒定不变。另一方面由于变压器原副方有能量传递,原方等效电路中电感L=Lr+K2Lf很大,故用于实现超前桥臂开关管ZVS的能量很大。而滞后桥臂T3开通前的t23期间,一方面ip逐渐变小,另一方面由于二极管D5、D6同时导通,变压器副方被短路,原副方没有能量传递,等效电感大小仅为Lr,故用于实现滞后桥臂开关管ZVS的电感能量较小,滞后桥臂较难于实现ZVS。滞后桥臂实现ZVS的条件是:

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在该公式中,I2为t2时刻原边电流值。由此公式的计算推导可以得出,当轻载时电流I2较小,故滞后桥臂难于实现ZVS。

除此之外,移相全桥PWM转换器在实际应用中,还有另一个缺陷,那就是它的输入电压和变换器转换效率的矛盾不可调和。在输入电压保证能输出满载电压的前提下,当输入电压Vin较低时,占空比大原边环流能量较小,变换器效率较高。而当输入电压Vin较高时,占空比小,原边环流能量较大,变换器效率较低。为取得较高的效率,移相全桥DC-DC变换器通常设计在输入电压较低,占空比较大时工作。出现输入电压掉电时,负载能量只能由直流母线电容提供,短时间内输入电压很快降低。这时要维持输出电压恒定,要求占空比更大,电路失去超调能力,使输出电压很快降低。因此输入电压和变换效率的这种关系,对于有掉电维持时间限制的开关电源是不适合的。

 


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