高升压移相全桥软开关变换器的研究

贺根华，祁承超，柳 鑫，王 栋

（空军预警学院 信息对抗系，湖北 武汉 430019）

高升压移相全桥 DC-DC变换器已经广泛应用于工业应用[1-2].为扩大滞后桥臂软开关范围，文献[3-4]提出滞后桥臂串联二极管的移相全桥变换器；文献[5]采用一种新的控制策略实现超前桥臂的零电流开通，滞后桥臂的零电压开通(ZVS)，同时在变压器初级侧加入箝位电路抑制关断电流；文献[6]在变压器的次级侧加入箝位电容和动态开关实现变压器初级侧开关管的ZCS/ZVS.为了获得高的升压能力，传统移相全桥变换器主要通过增加变压器匝比来达到目的.增加匝比，变压器体积将增大.同时，变压器漏感、寄生电容等将会影响变换器的效率.高电压输出也会给输出整流二极管带来较高的电压应力，降低了整流二极管的性能，导致较大的损耗和反向恢复等问题.

为解决上述问题，本文提出了一种改进的次级谐振四倍压整流(secondary resonant quadruple voltage rectifier，SRQVR)移相全桥软开关变换器.图 1所示，开关管、构成超前桥臂，开关管、构成滞后桥臂，、、、为四个开关管的反并联二极管，、、、为四个开关管的并联电容；为辅助电感，、为辅助电容，、为辅助二极管；为串联谐振电感；高频变压器，初级侧与次级侧的匝比为；为变压器的漏感；、为次级谐振四倍压整流电路的谐振倍压电容，、为次级谐振四倍压整流电路的续流二极管，、为次级谐振四倍压整流电路的输出二极管，、为输出电容；为滤波电感，为滤波电容；为负载.

图1 SRVQR移相全桥软开关变换器拓扑结构

1 次级倍压整流电路特性

本文中次级电路整流二极管的零电流关断都是利用变压器的漏感与倍压电容构成的谐振回路实现的[7-10].因此，变换器初级侧能量传递到次级侧的过程中，整流电路可以等效成两条谐振回路.

图2 谐振回路1

谐振回路1如图2所示，该谐振回路是一条基本串联谐振电路.假设在时刻，谐振电感和谐振电容开始谐振工作，谐振电感的初始电流为，谐振电容的初始电压为.电路的微分方程为：

对式(1)和式(2)两微分方程进行求解，可得：

图3 谐振回路2

输出电压的表达式为：

图4 输出电压与输入电压的比值曲线

2 整流二极管实现零电流关断(ZCS)的条件

次级电路整流二极管的零电流关断(ZCS)是利用变压器的漏感与倍压电容构成的谐振回路实现的.因此，二极管要实现零电流关断(ZCS)，应满足以下条件：

3 仿真结果

在Matlab/Simulink软件，搭建SRQVR移相全桥软开关变换器的闭环电路，通过观察变换器稳态工作时的波形，来验证变换器的特性.仿真参数如下：直流输入电压，变压器匝比，辅助电感，辅助电容，变压器初级侧的漏感作为变压器初级侧串联电感，本实验仿真中取，变压器次级侧串联谐振电感（变压器次级侧的漏感），谐振电容，开关频率，输出滤波电容，输出滤波电感，负载.

在满载和轻载2种情况下进行仿真实验，仿真分析：超前桥臂两个开关管中的漏—源两端电压及驱动电压波形；滞后桥臂两个开关管中的漏—源两端电压及驱动电压波形；续流二极管电压、电流和输出二极管电压、电流的波形；输出电容和的波形.

图5 满载情况下的仿真结果

图6 轻载情况下的仿真结果

4 结论

针对高升压移相全桥变换器存在滞后桥臂软开关范围实现窄，输出端各元器件电压应力大等问题，提出了一种次级谐振四倍压移相全桥变换器，通过仿真验证了该变换器可以扩大滞后桥臂软开关的范围，将整流二极管所承受的电压应力减半.