不对称半桥变换器的研究

4 不对称半桥的改进

对图1的稳态分析还可以得出输出二级管关断时承受的反向电压

V_D1= （9）

V_D2= （10）

如前所述,不对称半桥占空比的最大值是0.5。所以,从式（9）和式（10）可以得出，当占空比很小时，二极管D₂承受的反压就会很大。而且这种情况在输入电压范围宽时更加严重。

如果采用副边绕组不相等的电路（即N_s2/N_s1大于1），则占空比就可以大于0.5，从而消除这种二极管电压应力不均的问题。这时不对称半桥的输出电压为

V_o= （11）

下面具体推导如何根据已知条件求出Ns2/Ns1的值。

令a=N_s2/N_s1 （12）

则式（11）可变为

N_s1= （13）

令占空比的变化范围为D₁～D₂，且D₁0.5D₂，也就是说，当输入电压为最大值V_inmax时，占空比为D₁，当输入电压为最小值时，占空比为D₂，即

N_s1= （14）

N_s1= （15）

由式(14)，式(15)可得

=· （16）

令f(D₂)=，并求这个函数的最大值，可以得出，在

D₂= （17）

时，函数f(D₂)取得最大值。显而易见，当占空比对称地分布在0.5左右时，可以得到最理想效果。可以得到

D₁= （18）

把式（17）和（18）代入式（16），就可以得到a的值了。

以本文实验为例，来说明不对称绕组对二极管选用的好处。

图5是输出电压为12V时输出二极管的电压应力图。从图5中可以看出，当N_s2/N_s1增加时，二极管D₁的电压应力会增大，而二极管D₂的电压应力会减小。当N_s2/N_s1=1时，2个二极管的电压应力范围约为25～50V。当N_s2/N_s1=3时，二极管的最大电压应力小于35V。

图5 输出二极管的电压应力

5 结语

不对称半桥DC/DC变换器由于采用了互补的PWM控制，充分利用电路的特性，以谐振的方式达到开关的ZVS开通，从而消除了开关损耗，提高了电路的效率。

同时，采用副边绕组的不对称解决了普通的不对称半桥电路输出二极管电压应力不均的问题。这样可以选用低电压的二极管，即节约了成本，还进一步提高了电路的效率。