电流模式控制倍流整流器ZVS PWM全桥DC-DC变换器的研究

1、引言
传统的PWM DC/DC 移相全桥零电压软开关（ZVS）变换器利用变压器的漏感或/和原边串联电感和开关管的外接或/和寄生电容之间的谐振来实现零电压软开关，由于超前桥臂和滞后桥臂实现零电压软开关ZVS的条件不尽相同，导致了滞后桥臂实现零电压软开关ZVS的难度比超前桥臂要大得多；输出整流二极管换流时关断的二极管反向恢复会引起次级较大的电压尖峰；并且还存在较为严重的副边占空比丢失的情况。为了解决这些问题，以下提出了一种改进型的电路拓扑结构。

2、改进型移相全桥ZVS DC-DC变换器主电路
改进型移相全桥ZVS DC-DC变换器主电路结构和各点波形对照如下图2-1(a)和(b)所示：

容易看出改进型的电路拓扑与基本型电路的主要差别在于副边整流电路，该整流电路被称为倍流整流器（Current-Doubler Rectifier，CDR），是目前应用的热点之一。下面首先介绍一下该整流电路。与全波整流相比，倍流整流器的高频变压器副边绕组仅需一个单一绕组，不用中心抽头。与桥式整流相比，倍流整流器使用的二极管数量少一半。所以说，倍流整流器是结合全波整流和桥式整流两者优点的新型整流器。当然，倍流整流器要多使用一个输出小滤波电感。但此电感的工作频率及输送电流均比全波整流器的要小一半，因此可做得较小，另外双电感也更适合于分布式功率耗散的要求。

以下我们来研究一下改变整流电路后变换器主电路的工作状况有什么不同。

由于电路工作状态在一个周期内可以分为两个完全一样的过程，所以以下仅仅分析半个周期的情况，而这半个周期又可分为以下三种开关模态（对照上图2-1所示）。

(1). 开关模态 1： t₀ t t₁ 其中t1=DT_s/2

此时Q₁和Q₄同时导通，变压器副边电感L₁和整流管D_S2 导通, 原边能量向负载端传递。此模态的等效电路如下图2-2：

其中，a为变压器变比，Vin是直流母线电压，I₁和I₂分别是电感L₁和 L₂电流（L₁=L₂=L_s），此时有如下等式成立：

当Q₄关断时该模态过程结束。

(2).开关模态 2 ： t₁ t t₂ 其中t₂≤T_s/2

在t₁时刻关断Q₄ ,此时副边电感L₁中储存的能量给Q₄电容（或并联电容）充电同时将Q₃两端电容电荷放掉。为了实现软开关，Q₄关断和Q₃开通之间至少要存在一死区时间Δt₁, 使得在Q₃开通前D₃首先导通，且有等式：

成立。其中C_eff 是开关管漏源两端等效电容，I_p1为 t₁时刻变压器原边流过电流。当D₃导通后，变压器副边两个二极管D_S1 和D_S2同时导通，电路工作在续流状态。此时等效电路如下图2-3所示：

此时有如下电路方程成立：

其中D为脉冲占空比，f_S为电路工作频率，L'_ik为主边变压器漏感（或与外接电感的串联值），r_t是变压器原边等效电阻，τ是原边等效电流衰减时间常数，V_fp是反并联二极管导通压降。

(3). 开关模态3： t₂ t t₃ 其中t₃=T_s/2

处于该模态时，电路原边导通情况与以上的模态2一致。此时由于换流过程结束，D_S2关断。所以等效电路如下图2-4所示：

此时有电路方程如下：