1 引言
在計算機,、通信、航空航天等許多領域,，開關電源以其體積小,、重量輕、效率高等優(yōu)點逐步取代了傳統(tǒng)的線性電源,。移相全橋零電壓開關PWM變換器結(jié)合了零電壓開關準諧振技術(shù)和傳統(tǒng)PWM技術(shù)兩者的優(yōu)點,，工作頻率固定，在換相過程中利用LC諧振使器件零電壓開關,，其控制簡單,、開關損耗小、可靠性高,，已經(jīng)普遍的應用在中大功率應用場合中,但這種變換器普遍存在著橋臂直通問題,，本文分析了橋臂直通問題產(chǎn)生的一個容易被忽略的原因，并且提出了解決方案,。
全橋變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示,，其中，D1~D4分別是開關管VT1~VT4的內(nèi)部寄生二極管,，C1~C4分別是開關管VT1~VT4的內(nèi)部寄生電容或外接電容,。Lr是諧振電感，它包括了變壓器的漏感,。每個橋臂的兩個功率管成180°互補導通,，兩個橋臂的導通角相差一個相位，即相位角,，通過調(diào)節(jié)移相角的大小來調(diào)節(jié)輸出電壓,。VT1和VT3分別超前于VT2和VT4一個相位，稱VT1和VT3組成的橋臂為超前橋臂,，VT2和VT4組成的橋臂為滯后橋臂,。
圖1 移相控制ZVS PWM DC/DC全橋變換器的主電路
對于全橋變換器的ZVS移相控制方式超前臂的ZVS實現(xiàn)較為容易，滯后臂的ZVS較為困難,。全橋電路在一個周期內(nèi)的整個工作過程請參考文獻[1],。本文僅對實際設計時所遇到的問題做詳細的分析。問題產(chǎn)生的原因是超前橋臂和滯后橋臂的工作機理不同,，在超前橋臂開關管開關的過程中,，輸出濾波電感是參與能量的轉(zhuǎn)換，相當于恒流源,，而滯后橋臂開關管開關的過程中,，變壓器處于短路狀態(tài),，因此參與諧振的能量很小，導致失去零壓條件,。當滯后臂的開關管VT4關斷后,，C4電壓增加，VAB=-VC4,，VAB為負電壓,，使DR2也導通，將變壓器付邊短接,，變壓器原邊電壓為零,，VAB電壓全部加在漏感和諧振電感上，使原邊電流ip減少,。如果漏感和諧振電感的能量較少,，就會出現(xiàn)C4的電壓還沒有增加到Vin，原邊電流就已減少到零,，C4的電壓就會使原邊電流反方向增加,，而且C4的電壓也會下降，同時C2的電壓就會開始增加,。VT2開通時,，C2的電壓不為零，VT2就不能實現(xiàn)零電壓開通,，而是硬開通,。當VT2開通時，C4的電壓已經(jīng)下降為零,，其體二極管D4已經(jīng)導通,，C2的電壓為Vin，VT2不僅是硬開通,，而且橋臂直通,。
圖2為變壓器中點電壓波形，由圖可知變壓器零電平一段有一個小凸起,，沒有真正為零,。這個小凸起是由于滯后臂開關管硬開通引起的。通過觀察滯后臂開關管VT4的G,、S和D,、S波形，可清晰地觀察到上述所遇到的現(xiàn)象,。由圖3知,，凸起是在開關管VT4關斷后產(chǎn)生的，當滯后臂開關管關斷后，原邊電流ip給電容C4充電,，電容兩端的電壓上升，但由于諧振電感和漏感的能量較小,，經(jīng)過一段時間,，電流反向，C4兩端電壓上升一段時間后又下降,。由滯后臂VT4開關管的D,、S和電流波形可以驗證以上的分析。圖中平臺的小凸起對應著中點電壓的凸起,，驗證了產(chǎn)生的原因為滯后橋臂的硬開關造成的,。
由圖4可以看出：在D、S電壓凸起由零到頂點的過程,，原邊電流ip剛好下降為零,；在D、S電壓凸起由頂點到零的過程,，電流剛好反向最大,，體二極管導通，D,、S電壓箝位為零,，同樣可以驗證上述分析的結(jié)果。
由于滯后橋臂沒有實現(xiàn)零壓開通,，不僅導致了效率的下降,，更加嚴重的問題是橋臂直通。圖5分別為同一橋臂兩個開關管的D,、S電壓和電流波形,，可以看到：在開關管VT4的體二極管還正在反向恢復時，開關管VT2已經(jīng)開通,，則兩個開關管存在直通的可能性,。輸入電壓全部加在功率管上，將導致炸機,。
圖5滯后臂開關管VT2的D,、S電壓和VT4的電流波形
3 防止直通問題的解決方案及實驗結(jié)果
由以上分析可知：凸起是由于開關管VT4關斷后產(chǎn)生的，諧振電感和漏感的能量較小,，原邊電流iF電流反向引起的,，因此加大這部分諧振能量或者防止電流反向是解決此問題的方向。
?、旁龃笾C振電感,，加大負載，使?jié)M足零壓開通條件。
圖6滯后臂VT4的D,、S電壓電流波形（增大諧振電感,，加大負載）
如圖所示，增大諧振電感,，加大負載后開關管的D,、S電壓波形和電流波形，大家可以看到,，開關管關斷后,，電流能量較大，沒有反向,，電壓凸起消失,。
⑵在原邊增加輔助諧振網(wǎng)絡
為給滯后橋臂增加的輔助網(wǎng)絡的原理圖,，圖中Ca1和Ca2為電解電容,，L1為輔助諧振電感，用此網(wǎng)絡來增加諧振能量,，此網(wǎng)絡與負載無關,，因此可以實現(xiàn)全程零壓開通，并且參數(shù)容易設計,。從圖中可以看出小凸起同樣消失,。
⑶用飽和電感替代傳統(tǒng)的線性電感,。利用飽和電感在飽和狀態(tài)呈現(xiàn)高阻的性質(zhì)來防止電流反向,。飽和電感詳細的工作原理。
4 結(jié)論
由上述分析得知,，全橋電路的直通問題是典型問題,，因此防止直通就成為全橋電路穩(wěn)定的重要方面。因此在設計電路參數(shù)時,，只要保證在輕載時同一橋臂開關管不直通即可,，即在開關管D、S的電壓還沒有降到零,，則體二極管不會導通,，此時同一橋臂的另外一個開關管導通，沒有直通,。根據(jù)以上的分析,，已經(jīng)成功的利用移相全橋電路應用在相關的產(chǎn)品中，使全橋電路得到了廣泛的應用,。