ZVS半桥DC-DC变换器的研制

杨文铁 杨勇 耿攀 徐正喜

（武汉第二船舶设计研究所，武汉 430064）

1 引言

为了减小变换器的体积和重量，必须实现高频化，要提高开关频率，同时提高变换器的效率和功率密度，就必须有效抑制开关损耗，采用软开关技术。移相全桥 DC-DC变换器可实现所有开关管的ZVS[1,2]，但全桥拓扑结构开关数量多，控制及驱动复杂。半桥变换器结构简单，目前常见有的对称半桥和不对称半桥两种控制方式，分别存在开关器件无法实现软开关和上下桥臂脉宽不等的缺陷[3,4]。本文采用一种移相 PWM 控制的半桥 DC-DC变换器，可实现一个开关管的ZVS，同时实现另一个开关管软开关，控制简单，结构更优化[5]。本文将首先分析ZVS半桥DC-DC变换器工作原理，介绍半桥变换器ZVS的实现策略，然后在此基础上给出了变换器的数字双环控制方法，最后通过仿真和实验验证了变换器的性能。

2 工作原理分析

半桥DC-DC变换器的主电路结构如图1所示，通过谐振电感与电容的串联谐振，可实现下管ZVS开关，上管软开关。

图1 半桥DC-DC变换器主电路

半桥结构中由于两个电容中点电位 A的浮动，会使VC1TS1ON=VC2TS2ON，因而电路有自动平衡变压器电压伏秒值的作用，故无需隔直电容。

半桥变换器在一个周期中的工作模式如图 2所示。

模式 1（t1＜t＜t2）：在t1时刻之前，S1处于导通状态，负载能量由电容 C01经变压器变换后供给，次级DR1导通。S1在t=t1时刻关断，原边电流ip从 S1中转移到 C1和 C2支路中，给 C1充电，同时 C2被放电。由于 C1和 C2的存在，S1是软关断。此阶段，由于iLf继续按原方向流动，故副边绕组 W21和原边绕组 W1中的电流也按原方向流动。……