移相全桥ZVS变换器的原理与设计

摘要：介绍移相全桥ZVS变换器的原理，并用UC3875器研制成功3kW移相全桥零电压通信锦州油浸式变压器。 关键词：移相全桥 零电流 零电压 准谐振

1 引言

传统的全桥PWM变换器适用于输出低电压(例如5V)、大功率(例如1kW)的情况，以及锦州油浸式变压器电压和负载电油浸式变压器流变化大的场合。其特点是频率固定，便于。为了提高变换器的功率密度，减少单位输出功率的体积和重量，需要将频率提高到1MHz级水平。为避免过程中的损耗随频率增加而急剧上升，在移相技术的基础上，利用功率MOS管的输出电容和输出[cityna联系人：马经理me]油浸式变压器的漏电感作为谐振元件，使全桥PWM变换器四个管依次在零电压下导通，实现恒频软，这种技术称为ZVS零电压准谐振技术。由于减少了过程损耗，可保证整个变换器总体效率达90％以上，我们以Unitrode公司UC3875为芯片研制了零电压准谐振锦州油浸 我公司通过20多年的沉淀，形成了严谨、标准的技术和工艺规范，ISO9000质量管理理念固化为企业文化的一部分。公司产品具有结构简单、可靠性高、免维修、低功耗、寿命长等特点，可在及其恶劣的环境下稳定工作，并且公司还拥有一流的研发能力，建立了博士后流动站和技术中心，为产品品质及创新提供了坚实的后盾。公司产品质量上乘，不仅畅销国内，且出口俄罗斯、伊朗、巴基斯坦、印尼、安哥拉、塔吉克斯坦等多个国家和地区，创造了大量的业绩，深受用户好评，我们不断提高产品品质，并以优良的价格为各方朋友提供优质的服务。式变压器样机。本文就研制过程，研制中出现的问题及其改进进行论述。

2 准谐振锦州油浸式变压器的组成

ZVS准谐振锦州油浸式变压器是一个完整的闭环系统，它包括主电路、电路及CPU通讯和保护电路，如图1所示。

从图1可以看出准谐振锦州油浸式变压器的组成与传统PWM锦州油浸式变压器的结构极其相似，不同的是它在DC/DC变换电路中采用了软技术，即准谐振变换器（QRC）。它是在PWM型变换器基础上适当地加上谐振电感和谐振电容而形成的，由于运行中，工作在谐振状态的时间只占周期的一部分，其余时间都是运行在非谐振状态，所以称为“准谐振”变换器。准揩振变换器又分为两种，一种是零电流（ZCS）,一种是零电压（ZVS），零电流准谐振变换器的特点是保证运行中的管在断开信号到来之前，管中电流下降到零。零电压准手 机：15006359039谐振的特点是保证运行中的管在开通信号到来之前，管子两端的电压已经下降到零。

3 零电压准谐振变换器的工作原理

全桥零电压准谐振变换器的主电路如图2所示。Uin为PFC电路输出的电压(400V)，S1～S4为功率管，其体二极管为D1～D4，图中未画出其体电容C1～C4，Lr为锦州油浸式变压器T1初级串联谐振电感，（包括锦州油浸式变压器的漏感），C为防止锦州油浸式变压器因偏磁而饱和的隔直电容，T2为电流互感器，用于检测。当变换器过流时，保护电路切断驱动信号，保护功率器件。锦州油浸式变压器次级电压经过D5、D6整流和输出LC滤波器给负载供电。图3给出了锦州油浸式变压器初级电压UP、次级电压US和初级电流ip的波形图。ZVS变换器一周期内可分为六个运行模式，如表1所示。图3中设t＜t0时，变换器工作状态为S1和S4导通。

表1 ZVS变换器一周期内运行模式 时间间隔 t0～t1 t1～t2 t2～t3～t4 t4～t5 t5～t6 t6～t7 导通管序号 D3 S1 D2 D3永昌电力设备有限公司注册资金8800万，专业从事电力变压器及配套产品生产、开发，销售。公司主营S11油浸式变压器、高过载变压器、光伏变压器，升压变压器、KS11矿用变压器、非晶合金变压器，电炉变压器，整流变压器，非标变压器等变压器，还可以根据客户要求设计、制造各类特种变压器，是国内有名的专业输配电设备生产商及供应商。公司产品已通过国家权威试验机构的检测，并通过了鉴定，产品性能达到国际先进水平。 S1 S2 S3 S2 D4 D1 D4 S2 S1 S4 ZVS次序 S3 　 S2 S4 　 S1

4 占空比分析

由波形图可见传 真：0635-5085281，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。频率越高，占空比损失越大。

5 移相全桥两桥臂管实现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)时锦州油浸式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困难，特别是轻载时最为明显。

从理论上分析，S1、S2实现ZVS时，锦州油浸式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

LrIp 2/2>(4Coss/3＋Cxfmr)×U 2 in

式中：4Coss/3是考虑MOS管输出电容非线性等效电容值，Cxfmr是锦州油浸式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ZV邮 箱：sdycbyq@163.comS时，锦州油浸式变压器处于能量传递阶段。初级电流IP=－Io/n（n为锦州油浸式变压器变比），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器

移相全桥PWM技术最关键的是器件的导通相位能在0～180°范围内移动，若不好，特别是左桥臂或右桥臂的两个管同时导通，将导致灾难性的后果。Unitrode公司手 机：15806350882生产的UC3875能提供0～100％占空比的，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，其电路如图4所示。E/A＋接固定的2.5V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OUTA～OUTD的相位，最终输出压。C/S＋接信号(如初级过流信号等)，当初级过流时，C/S＋大于2.5V，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～O永昌电力设备有限公司UTD输出电 话：0635-5085581，并经TC4420扩流，由驱动锦州油浸式变压器去驱动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。

7 结语

(1)换向死区时间的对实现零电压很重要。

(2)UC3875电路的部分和输出驱动部分供电锦州油浸式变压器应分开，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[ci tyname]油浸式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[c油浸式变压器ityname]油浸式变压器效率的要求：所有大于1kW的通信锦州油浸式变压器，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。