实验五 PS-ZVS-PWM 软开关技术实验
一、实验目的
(1) 熟悉移相控制零电压开关PWM(PS-ZVS-PWM)的结构与工作原理。
(2) 了解全桥软开关电源移相PWM 控制芯片的使用方法和工作原理。
二、实验所需挂件及附件
三、实验线路及原理
图3.7 实验线路图
实验线路主要有控制电路、驱动电路、移相控制零电压开关PWM (PS-ZVS-PWM)变换器和稳压反馈电路组成。
1、PS-ZVS-PWM 变换器简介
PS-ZVS-PWM 变换器利用变压器的漏感或原边串联电感和功率管的寄生电容或外接电容来实现零电压开关，它的电路结构及主要波形如图3.8 所示。
图3.8 主电路结构和主要波形
其中，D1～D4分别是Q1～Q4的内部寄生二极管，C1～C4分别是Q1～Q4的寄生电容或外接电容。Lr是谐振电感，它包括了变压器的漏感。每个桥臂的两个功率管(Q1、Q3和Q4、Q2)成180°互补导通，两个桥臂的导通角相差一个相位，即移相角，通过调节移相角的大小来调节输出电压。Q1 和Q3分别超前于Q4和Q2一个相位，称Q1和Q3组成的桥臂为超前桥臂，Q4和Q2组成的桥臂为滞后桥臂。
在一个开关周期中，PS-ZVS-PWM 全桥变换器有12种开关状态。假设：
① 所有元器件均为理想器件； ② C1=C3=Clead，C2=C4=Clag；
2
③ Lf＞＞Lr/K，K是变压器原副边匝比, Lf为输出电感。 图3.9 到图3.15给出了该变换器在不同开关状态下的等效电路。各开关状态的工作情况描述如下。 （1）开关模态0
在t0时刻，对应于图3.9。Q1和Q4导通。原边电流由电源正经Q1、变压器原边绕组、谐振电感Lr以及Q4，最后回到电源负极。
副边电流回路由副边绕组Ls1的正端，经整流管DR1、输出滤波电感Lf、输出滤波电容Cr与负载RL，回到Ls1的负端。
图3.9 开关模态0
(2) 开关模态1
[t0～t1],对应于图3.10。在t0时刻关断Q1，原边电流从Q1中转移到C3和C1支路中，C1充电，C3放电。由于C1的存在，Q1是零电压关断。在这个时段里，谐振电感Lr和滤波电感Lf是串联的，而且Lf很大，因此可以认为原边电流ip近似不变，类似于一个恒流源。
在t1时刻，C3的电压下降到零，Q3的反并二极管D3自然导通，从而结束开关模态1。
图3.10 开关模态1
（3）开关模态2
[t1～t2],对应于图3.11。D3导通后，开通Q3。虽然这时候Q3被开通，但并没有电流流过，原边电流由D3流通。由于是在D3导通时开通Q3，所以Q3是零电压开通。Q3&Q1驱动信号之间的死区时间td(lead)>to1。在这段时间里，原边电流等于折算到原边的滤波电感电流。在t2时刻，原边电流下降到I2。
图3.11 开关模态2
（4）开关模态3
[t2～t3],对应于图3.12。在t2时刻，关断Q4，原边电流ip由C2和C4两条路径提供，也就是说，原边电流ip用来抽走C2上的电荷，同时又给C4充电。由于C4的存在，Q4是零电压关断。此时，VAB=-VC4, VAB的极性自零变为负，变压器副边绕组电势下正上负，整流二极管DR2导通，副边绕组Ls2中开始流过电流。整流管DR1 和DR2 同时导通，将变压器副边绕组短接，这样变压器副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零，VAB直接加在谐振电感Lr上。因此在这段时间里实际上谐振电感和C2 、C4在谐振工作。
在t3时刻，当C4的电压上升到VIN，D2自然导通，结束这一开关模态。
图3.12 开关模态3
（5）开关模态4
[t3～t4],对应于图3.13。在t3时刻，D2自然导通，将Q2的电压箝位在零电位，此时就可以开通Q2，Q2是零电压开通。Q2&Q4驱动信号之间的死区时间td(lag)>t23，虽然此时Q2已开通，但Q2不流过电流，原边电流由D2 流通。原边谐振电感的储能回馈给输入电源。由于副边两个整流管同时导通，因此变压器副边绕组电压为零，原边绕组电压也为零，这样电源电压VIN加在谐振电感两端，原边电流线性下降。
到t4时刻，原边电流从Ip（t3）下降到零，二极管D2和D3自然关断，Q2和Q3中将流过电流。
（6）开关模态5
[t4～t5]，对应于图3.14。在t4时刻，原边电流由正值过零，并且向负方向增加，此时Q2和Q3 为原边电流提供通路。由于原边电流仍不足以提供负载电流，负载电流仍由两个整流管提供回路，因此原边绕组电压仍然为零，加在谐振电感两端的电压为电源电压VIN，原边电流反向增加。
到t5时刻，原边电流达到折算到原边负载电流-ILf(t5)/K 值，该开关模态结束。此时，整流管DR1 关断，DR2 流过全部负载电流。
电力电子技术实验报告-三相半波可控整流电路实验等
