從事電源電路設計的朋友們都知道，半橋電路由兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件組成，并向外提供方波信號，而基于半橋而來(lái)的DC-DC轉換器由于結構簡(jiǎn)單且易于操作的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被用于中小功率電路的設計中。大家都知道，常見(jiàn)的半橋控制器通常有兩種控制方法：一是對稱(chēng)控制；另一個(gè)則是不對稱(chēng)互補控制。那么本文就分享一種半橋DC/DC變換器軟開(kāi)關(guān)的PWM控制方法。
控制型軟開(kāi)關(guān)PWM控制策略
控制型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器不增加主電路元器件(可增加電感電容元件以實(shí)現軟開(kāi)關(guān)條件)，通過(guò)合理設計控制電路來(lái)實(shí)現軟開(kāi)關(guān)。圖1給出4種控制型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器的PWM控制策略。
圖1 控制型軟開(kāi)關(guān)PWM 控制策略
不對稱(chēng)互補脈沖PWM控制
開(kāi)關(guān)管的控制脈沖不對稱(chēng)互補，采用此控制策略的傳統不對稱(chēng)半橋變換器已廣泛應用于中小功率場(chǎng)合。其原邊開(kāi)關(guān)管實(shí)現ZVS的方式有2種：負載電流ZVS 方式和勵磁電流ZVS方式。其優(yōu)點(diǎn)是：兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都可實(shí)現ZVS;一些可改善移相全橋變換器滯后臂軟開(kāi)關(guān)條件的措施也可用于不對稱(chēng)半橋變換器;不存在硬開(kāi)關(guān)中的震蕩問(wèn)題;與移相全橋變換器相比，無(wú)循環(huán)能量。其缺點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)管電壓應力和開(kāi)關(guān)管軟開(kāi)關(guān)條件不一致，上管較難實(shí)現軟開(kāi)關(guān);整流管電壓應力不一致，且隨占空比變化，一些應用場(chǎng)合一個(gè)整流管電壓很高，器件較難選擇;輕載時(shí)會(huì )失去軟開(kāi)關(guān)條件;變壓器直流偏磁，負載越重占空比越小，偏磁越嚴重;非常不適用于寬輸入或寬輸出電壓的應用場(chǎng)合。
移相脈沖PWM控制
采用此控制策略的半橋也稱(chēng)為雙有源半橋。
此控制策略與傳統的移相全橋拓撲類(lèi)似，區別在于移相的兩個(gè)橋臂分布在變壓器的原副邊。此拓撲中，變壓器的漏感是中間儲能元件。原副邊半橋各產(chǎn)生一個(gè)占空比為50%的方波，通過(guò)調節輸出兩個(gè)橋之間的移相來(lái)控制變壓器漏感的能量從而調節輸出電壓。此拓撲可實(shí)現全負載范圍的軟開(kāi)關(guān)，同時(shí)輸出又能獲得同步整流。其缺點(diǎn)是：循環(huán)能量非常大，輸出電流紋波大。為了改善輸出電流紋波大的缺點(diǎn)，移相ZVS半橋電路被提出。
脈沖移位PWM控制
脈沖移位PWM 控制策略。上管下降沿與下管前沿互補，脈寬相同?？蓪?shí)現下管的ZVS開(kāi)通，上管仍然是硬開(kāi)關(guān)。其優(yōu)點(diǎn)是：可減少部分開(kāi)關(guān)損耗；變壓器不存在直流偏磁;整流管電壓應力對稱(chēng)；寬范圍輸入上優(yōu)于不對稱(chēng)半橋。增加輔助電路可實(shí)現上管的ZVS。
不對稱(chēng)脈沖PWM控制
不對稱(chēng)脈沖PWM 控制，其下管下降沿與上管的前沿互補，上管可實(shí)現ZVS。只要設計的占空比較小，無(wú)需其它措施即使工作在較高頻率下開(kāi)關(guān)損耗也很小。變壓器直流偏磁，除占空比端點(diǎn)外，偏磁電流小于不對稱(chēng)半橋。寬范圍適用性?xún)?yōu)于傳統的不對稱(chēng)半橋。低壓大電流的應用場(chǎng)合有一定的優(yōu)勢。
緩沖型軟開(kāi)關(guān)對稱(chēng)PWM控制策略
對稱(chēng)控制半橋變換器磁心雙向磁化，利用率高，且不存在偏磁?？刂品奖?，控制特性線(xiàn)性。功率管上電壓應力低，適用于高輸入電壓場(chǎng)合，但此種半橋變換器較難實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，變換器效率難以得到提高。
對稱(chēng)PWM 控制ZVS半橋變換器
一種對稱(chēng)PWM 控制ZVS半橋變換器(見(jiàn)圖2)，其與傳統半橋電路相比，對稱(chēng)PWM控制的ZVS直流變換器增加了一個(gè)由輔助開(kāi)關(guān)管和一個(gè)二極管組成的支路。其主開(kāi)關(guān)管不僅工作在對稱(chēng)狀態(tài)，而且下管和輔助開(kāi)關(guān)管可在全負載范圍內實(shí)現 ZVS，上管也能在寬負載范圍內實(shí)現ZVS，引起的附加損耗很小。該變換器器件所受應力小，可靠性高，其更適合采用MOSFET做開(kāi)關(guān)管，較少應用于高電壓、大功率場(chǎng)合。該變換器需要利用諧振電感的儲能來(lái)實(shí)現開(kāi)關(guān)管的ZVS，增大諧振電感能擴大上管ZVS范圍，但會(huì )使占空比丟失嚴重，設計諧振電感時(shí)須權衡考慮實(shí)現上管ZVS和減小占空比丟失。
圖2 對稱(chēng)PWM 控制ZVS半橋變換器
