移相全桥ZVS变换器的原理与设计

4占空比分析

　　由波形图可见，由于变换器存在漏电感，使初级电流在t1～t3阶段，有一定斜率，因此次级电压占空比(t4－t3)/(t4－t0)小于初级电压占空比(t4－t1)/(t4－t0)，造成占空比损失。开关频率越高，占空比损失越大。

5移相全桥两桥臂开关管实现ZVS的条件

　　由表1和图3可以看出，S3和S4实现ZVS分别早于S1、S2，故称S3、S4为右桥臂又称超前桥臂，S1、S2为左桥臂又称滞后臂。由表1可以看出S3、S4实现ZVS分别在(t0～t1)和(t4～t5)，S2、S1实现ZVS分别在(t2～t3)和(t6～t7)。而(t2～t3)和(t6～t7)时变压器初级电流分别小于(t0～t1)和(t4～t5)时的初级电流，故滞后桥臂比超前桥臂实现ZVS开关困难，特别是轻载时最为明显。

　　从理论上分析，S1、S2实现ZVS开关时，变压器次级处于续流阶段，谐振时由谐振电感释放能量，使谐振电容电压下降到零，从而实现ZVS，此时实现ZVS条件为：电感能量必须大于所有参与谐振的电容能量。即

LrIp2/2>(4Coss/3＋Cxfmr)×U2in

式中：4Coss/3是考虑MOS管输出电容非线性等效电容值，Cxfmr是变压器绕组的分布电容。由上式可见，滞后桥臂实现ZVS主要靠谐振电感储能，轻载时能量不够大，因此滞后桥臂不易满足ZVS条件。

　　S3、S4实现ZVS开关时，变压器处于能量传递阶段。初级电流IP=－Io/n（n为变压器变比），初级等效电感Le=Lr＋n2LO。所以根据ZVS条件，电感能量必须大于所有参与谐振的电容能量，应有Le(Io/n)2/2>（4Coss/3＋Cxfmr)Uin2。由于Le(Io/n)2/2相当大，故即使轻载时超前桥臂也较容易满足ZVS条件。

6移相全桥PWM控制器

　　移相全桥PWM控制技术最关键的是器件的导通相位能在0～180°范围内移动，若控制不好，特别是左桥臂或右桥臂的两个开关管同时导通，将导致灾难性的后果。Unitrode公司生产的UC3875能提供0～100％占空比的控制，并且有必要的保护、译码及驱动功能，有四组驱动输出，每组的延时时间可控制，其控制电路如图4所示。E/A＋接固定的25V电压（VREF=5V,R5、R9为10kΩ)，作电压给定信号。E/A－接对应的输出电压和EA＋比较，从而控制OUTA～OUTD的相位，最终控制输出电压。C/S＋接控制信号(如初级过流信号等)，当初级过流时，C/S＋大于25V，UC3875停止输出驱动信号，从而将变换器输出关闭，防止了灾难事故的发生。驱动信号由OUTA～OUTD输出，并经TC4420扩流，由驱动变压器去驱动S1～S4MOS管，其延时时间由UC3875的7脚、15脚外接电阻确定，实际的驱动信号时序如图5所示。

图5驱动信号、变压器次级信号波形图

7结语

(1)换向死区时间的控制对实现零电压开关很重要。

(2)UC3875控制电路的控制部分和输出驱动部分供电电源应分开，否则移相时将引起频率变化。

　　(3)为了在宽范围内实现ZVS，要在变压器初级串一个谐振电感，但谐振电感不能太大，电感太大会带来占空比丢失，初级电流较大，导通损耗增大，电感发热等问题，并且效率大大降低。

　　根据中国电信总局1999年底对所有入网通信电源效率的要求：所有大于1kW的通信电源，其效率(从半载到满载)应大于90％。解决了谐振电感的发热损耗问题，也就解决了效率问题。也可采用全桥ZVZCSPWM电路，使超前桥臂实现ZVS，滞后桥臂实现ZCS，便可克服全桥ZVS的缺点，效率可达93％以上。