移相全橋ZVS PWM直流變換器負半周工作模式分析

 

開關模態(tài)七：負半周期功率輸出過程
如上圖,此時T2與T3同時導通，T1與T4同時關斷，原邊電流ip的流向是T3—Lk—Lp—T2,如圖所示。
此時的輸入電壓幾乎全部降落在圖中的B,A兩點上，即UAB=-Vin, 此時AB兩點的電感量除了圖上標示出的Lp與Lk之外，應該還有次級反射回來的電感LS`（因為此時次級二極管VD2是導通的），即LS`=n2* Lf,由于是按照匝比平方折算回來，所以LS`會比Lk大很多，導致Ip上升緩慢，上升電流△Ip為
                 -△Ip=-【 (Vin-n*Uo)*(t7-t6)/( Lk+ LS`)】
此過程中，根據(jù)變壓器的同名端關系，次級二極管VD2導通，VD1關斷，變壓器原邊向負載提供能量，同時給輸出電感Lf與輸出電容Cf儲能。（圖中未畫出）
此時，               UC1 =UC4=UB =Vin    UAB=-Vin
                     UA=0V 開關模態(tài)八：負半周期超前臂諧振過程
如上圖，此時超前橋臂下管T2在t7時刻關斷，但由于電感兩端電流不能突變的特性，變壓器原邊的電流仍然需要維持原來的方向，故電流被轉移到C1與C2中，C2被充電，電壓很快會上升到輸入電壓Vin，而C1的電荷很快就被抽走，C1兩端電壓很快就下降到0V，即將A點的電位鉗位到Vin。
由于次級折算過來的感量LS`遠遠大于諧振電感的感量Lk，故基本可以認為此是的原邊類似一個恒流源，此時的ip基本不變，或下降很小。
C2兩端的電壓由下式給出
            Vc2=︱-Ip︱*(t8-t7)/(C1+C2)= Ip*(t8-t7)/2 Clead
      C1兩端的電壓由下式給出
              Vc1= Vin- 【︱-Ip︱*(t8-t7)/2 Clead】
其中Ip是在模態(tài)8流過原邊電感的電流，在t8時刻之前，C2上的電壓很快上升到Vin，C1上的電壓很快變成0V，D1開始導通。
在t8時刻之前，C2充滿電，C1放完電，即 VC2= VC4=VA=VB = Vin  VC1=VAB= 0V
模態(tài)8的時間為
          △t= t8-t7=2 Clead * Vin/ Ip
注意：此△t時間要小于死區(qū)時間，否則將影響ZVS效果。 開關模態(tài)九：原邊電流負半周期鉗位續(xù)流過程
如上圖，在t8時刻二極管D1已經(jīng)完全導通續(xù)流，將超前臂上管T1兩端的電壓鉗位到0V，此時將T1打開，就實現(xiàn)了超前臂上管T1的ZVS開通；但此時的原邊電流仍然是從D1走，而不是T1。
此時流過原邊的電流仍然較大，等與副邊電感Lf的電流折算到原邊的電流
        即      ip(t)= iLf(t)/n
此時電流的下降速度跟副邊電感的電感量有關。
從超前臂T2關斷到T1打開這段時間td，稱為超前臂死區(qū)時間，為保證滿足T1的ZVS開通條件，就必須讓C1放電到0V，即
           td ≥△t= t9-t8=2 Clead * Vin/ Ip
此時，    UC2=UC4=UA=UB =Vin   ，  UAB=0V 開關模態(tài)十：負半周期滯后臂諧振過程
如圖所示:在T9時刻將滯后臂上管T3關斷，在T3關斷前，C3兩端的電壓為0，所以T3屬于零電壓關斷。
由于T3的關斷，原邊電流ip突然失去通路，但由電感的原理我們知道，原邊電流不允許突變，需要維持原來的方向，以一定的速率減少。所以，原邊電流ip會對C3充電，使C3兩端的電壓慢慢往上升，同時C4開始放電。
即               ip(t)=-I2sinω(t-t9)
                vc3(t)=Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)
                 vc4(t)=Vin-Zp*︱-I2︱sinω(t-t9)
其中，-I2：t9時刻，原邊電流下降之后的電流值
      Zp：滯后臂的諧振阻抗，Zp= )0.5
         ω：滯后臂的諧振角頻率，ω=1/(2Lr*Clag)0.5
同理，原邊的諧振電感Lr與滯后臂的兩個電容C3,C4諧振，其電壓與電流的關系就是正弦關系。
同開關模態(tài)四分析一樣的道理，由于原邊電壓的反向，根據(jù)同名端的關系，LS1，LS2同時出現(xiàn)上正下負的關系，此時VD1開始導通并流過電流；而由于LS2與Lf的關系，流過LS2與VD2的電流不能馬上減少到0，只能慢慢的減少；而且通過VD1的電流也只能慢慢的增加，所以出現(xiàn)了VD1與VD2同時導通的情況，即副邊繞組LS1，LS2同時出現(xiàn)了短路。
而副邊繞組的短路，導致Lf反射到原邊去的通路被切斷，也就是說會導致原邊參加諧振的電感量由原來的（Lf*n2+ Lr）迅速減少到只剩Lr，由于L_r比（L_f*n²+ L_r）小很多，所以原邊電流會迅速減少。
在t10時刻，原邊的U_AB=U_Lr=V_in，U_B=U_C4=0V, U_A=U_C2=U_C3=V_in 開關模態(tài)十一：諧振結束，原邊電感向電網(wǎng)饋能
如圖所示，當C3充電到Vin之后，諧振結束，就不再有電流流過C3,C4,轉而D4自然導通，原邊電流通過D4—L_r—D1向電網(wǎng)饋能，其能量來源于儲存在L_r中的能量，此時原邊電流迅速減少，
ip(t)= -【Ip10- (t-t10)】
   其中  Ip10是t10時刻的原邊電流值
在t11時刻減少到0。
此時T4兩端的電壓降為0V，只要在這個時間將T4開啟，那么T4就達到了零電壓開啟的效果。
對于開關模態(tài)11來說，諧振周期一定要小于死區(qū)時間，否則就不能達到滯后臂的ZVS效果了。但此時的諧振電感是沒有次級電感通過匝比反射回來的，所以只有諧振電感參與了諧振，在設計的時候小心了，諧振電感一定要足夠大，否則諧振能量不夠的話，原邊電流就會畸變。
在t11時刻，UAB=ULr= UC3=UA=Vin，UB=0V 開關模態(tài)十二：原邊電流從0正向增大
如圖所示，在t11時刻之前，T4已經(jīng)導通，在t11時刻原邊電流ip已經(jīng)上升到0，由于沒有了電流，所以D1，D4自然關斷。
在t11-t12的時間內(nèi)，副邊的二極管D1，D2還是同時導通流過電流，將副邊繞組短路，阻斷輸出電感反射到初級的途徑，此時的負載電流還是由次級電感與輸出電容提供；同時，由于原邊的T1，T4已經(jīng)導通，原邊電流ip流過T1--Lr—T4,又因為Lr很小，所以原邊電流ip就會正向急劇增大。
即                   ip(t)= - (t-t11)
在t12時刻，ip達到最大，等于副邊的電感電流折算到初級的電流
即                    ip(t12)= - ILf(t12)/n
在這個開關模態(tài)，原邊電流是不傳遞能量的，但副邊卻存在著一個劇烈的換流過程，通過副邊二極管VD2的電流迅速減少，VD1的電流迅速增大，在t12時刻，通過VD2的電流減少到0，通過VD1的電流等于電感電流ILf。
在t12時刻，原邊的UAB= ULr=UA=UC3=Vin, UB= 0V