移相全桥ZVS与ZVZCS拓扑详解及其应用特性

移相全桥ZVS (Zero Voltage Switching) 和 ZVZCS (Zero Voltage Zero Current Switching) 是两种在电力电子转换器设计中常见的拓扑结构，它们特别适用于DC-DC转换器，特别是在需要软开关技术以减小开关器件的电压和电流应力、提高效率和可靠性的情况下。本文由鲁雄飞教授撰写，针对这两种拓扑进行了深入的分析。 移相全桥ZVS-PWM拓扑利用零电压开关原理，即通过精确的控制策略使开关器件在开通和关断时处于零电压状态，从而减小器件的损耗。这种拓扑的优点包括：1) 利用电路中的寄生参数，如开关管的输出电容和高频变压器的漏磁，实现高效的能效利用；2) 结构简单，易于设计和制造；3) 有助于降低半导体元件的工作电压和电流应力；4) 变换器工作频率保持恒定；5) 移相控制电路设计相对简单。然而，它也存在一些挑战，比如占空比损失、变压器原边电感与副边二极管寄生电容可能导致的振荡问题，以及限于轻载至满载的负载范围内的零电压软开关工作。 针对这些缺点，研究人员已经着重于改进方面，例如：1) 减少副边二极管电压振荡，通过优化设计或采用抑制振荡的技术；2) 降低拓扑的占空比损失，通过增加额外的饱和电感来扩展负载适应范围；3) 增加零电压软开关的负载范围，使其能够在更广泛的条件下工作；4) 通过改进电路设计减少循环电流，降低系统的通态损耗。 2.1 原边串联电感电路是基本的ZVS拓扑，通过在变压器初级串联电感来确保滞后桥臂的零电压条件。然而，这会带来较大的循环能量和导通损耗，并可能增加占空比的损失。 总体来说，移相全桥ZVS和ZVZCS拓扑分析对于理解高性能电力电子设备的设计至关重要，设计师需要根据具体应用的需求和限制，选择最合适的拓扑结构，以达到最佳的性能和成本效益。随着技术的不断发展，新型的优化方案和控制策略将进一步提升这些拓扑的性能，推动电力电子技术的前沿发展。