280 W移相全橋軟開關DC／DC變換器設計

摘要：為抑制輸出整流二極管反向恢復引起的電壓振蕩，采用原邊帶箝位二極管的電路拓撲設計DC／DC變換器。通過調節(jié)移相角調節(jié)輸出電壓，利用開關管的結電容和外接電容以及原邊串聯(lián)電感作為諧振元件，使開關管能進行零電壓開通和關斷，與傳統(tǒng)的移相變換器相比，在變壓器原邊增加了2個二極管對輸出整流二極管進行箝住，實驗表明，該方案在實現(xiàn)開關管零電壓開通和關斷的同時，能夠抑制輸出整流二極管兩端的電壓振蕩，減小輸出整流二極管的電壓應力。
關鍵詞：軟開關變換器；寄生振蕩；箝住二極管；尖峰電壓

移相控制的全橋PWM變換器是最常用的中大功率DC／DC變換電路拓撲形式之一。移相PWM控制方式利用開關管的結電容和高頻變壓器的漏電感或原邊串聯(lián)電感作為諧振元件，使開關管能進行零電壓開通和關斷，從而有效地降低了電路的開關損耗和開關噪聲，減少了器件開關過程中產(chǎn)生的電磁干擾，為變換器提高開關頻率、提高效率、減小尺寸及減輕質量提供了良好的條件。然而，傳統(tǒng)的移相全橋變換器的輸出整流二極管存在反向恢復過程，會引起寄生振蕩，二極管上存在很高的尖峰電壓，需增加阻容吸收回路進行抑制，文獻提出了兩種帶箝位二極管的拓撲，可以很好地抑制寄生振蕩。本文采取文獻提出的拓撲結構，設計了一臺280 W移相全橋軟開關DC／DC變換器，該變換器輸入電壓為194～310 V，輸出電壓為76V。

1 主電路拓撲及工作過程分析
本設計所采用的主電路拓撲如圖1所示。其中VQ1～VQ4為4個開關管，VD1～VD4分別是4個開關管的寄生二極管，C1～C4分別為4個開關管的結電容和外接電容，VQ5和VQ6是2個箝位二極管，Lr是諧振電感，VDR1和VDR5為輸出整流二極管，CDR1和CDR2為輸出整流二極管的等效并聯(lián)電容。VQ1和VQ3組成超前橋臂，VQ2和VQ4組成滯后橋臂，每個橋臂的2個開關管互補180°導通，2個橋臂的導通角相差1個相位。即移相角，通過調節(jié)該相位就可以調節(jié)輸出電壓。這種拓撲通過增加2個箝位二極管VQ5、VQ6來消除次級整流管反向恢復引起的電壓振蕩，減小了次級整流管的電壓應力，并且箝位二極管VQ5、VQ6，在一個周期里分別只導通一次，減小了二極管VQ5，VQ6的電流損耗，提高了變換器的效率。圖2為變換器的工作波形，其中，iLr為Lr上的電流，ip為變壓器原邊電流，UAB為A、B兩點電壓差，iD5為VD5的電流，iD6為VD6的電流。