1.引言
随着科技的发展，电力电子设备不断更新，电源称为了现代工业、国防和科学研究中不可缺少的电气设备。PWM技术应用广泛，构成的变换器结构简单，它对常用的线性调节电源提出挑战，在减小体积的同时获取更大的功率密度和更高的系统效率[1,2]。然而高频PWM变换器在传统硬开关方式工作下，功率管损耗较为严重，系统效率不高，随着开关频率的逐步提高，损耗相继增大[3,4]。为此，必须采取措施以提高高频开关变换器的效率，人们研究了软开关技术，除了减小开关损耗外，软开关技术应用还大大降低了开关噪声、减小了电磁干扰。
2.软开关技术概况及发展
目前广泛应用的DC-DC PWM功率变换技术是一种硬开关技术。所谓“硬开关”是指功率开关管的开通或者关断是在器件上的电压或者电流不等于零的状态下进行的，即强迫器件在其电压不为零时开通，或电流不为零时关断。
调高开关频率是开关变换技术的重要的发展方向之一。其原因是高频化可以使开关变换器的体积、重量大为减小，从而提高变换器的功率密度。为了使开关电源能够在高频下高效率的运行，高频软开关技术不断的发展，所谓“软开关”指的零电压开关（Zero Voltage Switching, ZVS）或零电流开关（Zero Current Switching, ZCS）[5]。它是应用谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件关断；或者电压为零时，使器件开通，实现开关损耗为零。
3.移相全桥DC-DC技术
传统的全桥（full-bridge简称FB）PWM变换器适用于输出低电压、大功率的情况，以及电源电压和负载变流变换大的场合。其特点是开关频率固定，便于控制[6,7]。为了避免开关工程中的损耗随频率增加而急剧上升，人们在移相控制（phase-shifting-control PSC）技术的基础上，利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏感作为谐振元件，使FB PWM变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现横频率软开关，称为PSC FB ZVS-PWM（简称FB ZVS-PWM）变换器[8]。由于减少了开关过程中的损耗，可以保证变换器效率达到80%-90%，并且不会发生开关应力过大的问题。现在FB ZVS-PWM开关变换器已经广泛应用于通信和电源等系统中。
4.DC-DC变换器的设计
本文应用移相全桥的拓扑结构如图 1所示：
.png)
图1 主电路拓扑结构
本文采用变换器在变压器原边串联一个阻断电容，在变压器原边电压等于零时，不仅仅依靠导通管的管压降，而主要是阻断电容上的压降使变压器原边电流快速下降。这样，变压器的漏感不需控制得非常小，可采取常规的措施来设计，制造变压器。
变换器采用移相控制方式，每个桥臂的两个开关管180。互补导通，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小来调节输出电压，QA和QB的驱动信号分别超前于QC和QD一个相位，那么可定义QA和QB组成超前桥臂，QC和QD组成滞后桥臂。
其工作模式分析如下：
0~t1时刻，QA和QD导通。原边电流ip流经QA，阻断电容C，变压器缘边绕组及QD。整流二极管Dr1导通，Dr2截止，原边给副边供电。
t1~t2时刻，QA截止，原边电流ip下降。在这段时间里存储在原边中的能量给QA的结电容充电给QB结电容放电。由于有QA和QD的结电容的作用，QA是零点压关断，ip给电容C充电，在t2时刻QB结电容电压下降到零。
t2~t3时刻，开通QB，虽然QB开通，但是原边电流ip是通过QB体二极管流通，阻断电容C的电压加在变压器原边绕组和漏感上，ip继续下降，同时副边电流也下降。这就导致副边电流将会反射到原边。
t3~t4时刻，QD和QB的体二极管继续导通，阻断电容继续上升。
t4~t5时刻，关断QD，存储在原边漏感给QD结电容充电，给QC结电容放电，由于结电容的存在，是零点电压关断QD。QC结电容电压下降为零，这时开通是零电压开通。
t5~t6时刻，开通QC。期间原边电流逐渐下降到零，阻断电容电压上升到最大。
t6~t7时刻，QC和QB导通，原边电流流经原边电流ip流经QC，阻断电容C，变压器缘边绕组及QB。
到t7时刻，之后变换器开始另一半周期，器工作情况类似于上述周期。
5.结论
采用移相控制的全桥零电压零电流开关PWM变换器是当今软开关直流变换器中的一种理想拓扑结构。在高压大功率条件下，变换器内部元器件参数的工况受到严重影响，保证变换器工作在高频的同时，对元器件的性能选取也受到一定的限制。通过分析全桥移相零电压零电流开关PWM型DC-DC变换器的工作原理，并在设计之初进行有效计算，为之后的电路设计提供十分有价值的参考，可以大大降低重复设计的风险，缩短电源产品的开发周期。
参考文献
[1]王世军,陈较天.13kW全桥移相逆变电源的设计[J].电源技术应用,2007,10(6):28-32
[2]李琪,袁明祥,马皓.改进型全桥移相ZVS-PWMDC/DC变换器[J].电源技术应用,2004,7(5):312-316
[3]李伟东.大功率全桥移相软开关电源的研究[D].西南交通大学,2002
[4]姚建红,张艳红,王发睿等.一种新全桥软开关变换器的研究[J].电力电子技术,2010,44(9):86-87
[5]宋云庆,徐申,吴建辉.一种带辅助电路的全桥移相ZVS变换器拓扑的设计[J].电子器件,2008,31(2):621-622
[6]钱亮,姚国顺,朱忠尼等.一种ZVZCS全桥移相变换器辅助网络的设计[J].电力电子技术,2010,44(10):30-32
[7]张运芳,陈荣,赵永建.基于有源辅助网络的新型零电流全桥DC-DC变换器[J].电工电能新技术,2009,28(4):37-41
[8]胡平,谢顺依,杨迎化等.新型ZVS全桥DC/DC变换器[J].电力自动化设备,2010,30(2):103-105
论文作者:吕翔宙,刘建军通讯作者
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/4/30