DCDC控制器的PWM控制策略

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1、PWM控制策略文章根據(jù)控制型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器的定義，總結(jié)和歸納了4種控制型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器的PWM控制策略和緩沖型軟開(kāi)關(guān)半橋DC/DC變換器對(duì)稱PWM控制策略。對(duì)上述PWM控制策略進(jìn)行了深入分析和綜合比較，為選擇具體應(yīng)用場(chǎng)合提供了依據(jù)。0引言半橋DC/DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，非常適用于中小功率場(chǎng)合。硬開(kāi)關(guān)變換器高頻吋開(kāi)關(guān)損耗很大，嚴(yán)重影響其效率。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可降低開(kāi)關(guān)損耗和線路的EMI,提高效率和功率密度，提高開(kāi)關(guān)頻率從而減小變換器體積和重量。傳統(tǒng)半橋變換器有兩種控制方法，一種是對(duì)稱控制，一種是不對(duì)稱互補(bǔ)控制。本文主要分析實(shí)現(xiàn)半橋DC/DC變換器軟開(kāi)關(guān)的PWM

2、控制策略。1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(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)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。耳s21q1DT亠(1-DjrI1s.S,s,￡1

3、S4

4、.(a)不對(duì)稱互補(bǔ)PWM(b)移相脈沖PWMis,IIs.IS

5、1DTIlT/2i111(c)脈沖移位卩WM(d)不對(duì)稱脈沖PWM圖1控制型軟開(kāi)關(guān)PWM控制策略1.1不對(duì)稱互補(bǔ)脈沖PWM控制開(kāi)關(guān)管的控制脈沖不對(duì)稱互補(bǔ)，采用此控制策略的傳統(tǒng)不對(duì)稱半橋變換器已廣泛應(yīng)用于中小功率場(chǎng)合。其原邊開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS的方

6、式有2種：負(fù)載電流ZVS方式和勵(lì)磁電流ZVS方式[1]?英優(yōu)點(diǎn)是：兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都可實(shí)現(xiàn)ZVS;—些可改善移相全橋變換器滯后怦軟開(kāi)關(guān)條件的措施也可用于不對(duì)稱半橋變換器；不存在硬開(kāi)關(guān)中的震蕩問(wèn)題；與移和全橋變換器相比，無(wú)循環(huán)能雖。其缺點(diǎn)是：開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力和開(kāi)關(guān)管軟開(kāi)關(guān)條件不一致，上管較難實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān);整流管電壓應(yīng)力不一致，且隨占空比變化，-?些應(yīng)用場(chǎng)合一個(gè)整流管電壓很髙，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(fù)載越屢占空比越小，偏磁越嚴(yán)重；非常不適用于寬輸入或?qū)捿敵鲭妷旱膽?yīng)用場(chǎng)合。1.2移相脈沖PWM控制采用此控制策略的半橋也稱為雙有源半橋［2,3］o此控制策略與傳統(tǒng)的移相全

7、橋拓?fù)漕愃?，區(qū)別在于移相的兩個(gè)橋臂分布在變壓器的原副邊。此拓?fù)渲?，變壓器的漏感是中間儲(chǔ)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(diào)節(jié)輸出兩個(gè)橋之間的移相來(lái)控制變壓器漏感的能最從而調(diào)節(jié)輸出電壓。此拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)全負(fù)載范F貝的軟開(kāi)關(guān)，同時(shí)輸出又能獲得同步整流。其缺點(diǎn)是：循環(huán)能量非常人，輸出電流紋波人。為了改善輸岀電流紋波人的缺點(diǎn)，移相ZVS半橋電路被提岀［4］.1.3脈沖移位PWM控制文獻(xiàn)［5］提出脈沖移位PWM控制策略。上管下降沿?下管前沿互補(bǔ)，脈寬相同?？蓪?shí)現(xiàn)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(yīng)力對(duì)稱；寬范圍輸入

8、上優(yōu)于不對(duì)稱半橋。增加輔助電路町實(shí)現(xiàn)上管的ZVS［6］.1.4不對(duì)稱脈沖PWM控制文獻(xiàn)［7］提出不對(duì)稱脈沖PWM控制，其下管下降沿與上管的前沿互補(bǔ)，上管可實(shí)現(xiàn)ZVS.只要設(shè)計(jì)的占空比較小，無(wú)需英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(duì)稱半橋。寬范圍適用性優(yōu)于傳統(tǒng)的不對(duì)稱半橋。低壓人電流的應(yīng)用場(chǎng)合有一定的優(yōu)勢(shì)。2緩沖型軟開(kāi)關(guān)對(duì)稱PWM控制策略對(duì)稱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?，控制特性線性。功率管上電壓應(yīng)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(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，變換器效率難以得到提高。2.1對(duì)稱PWM控制

9、ZVS半橋變換器文獻(xiàn)［8］提出一種對(duì)稱PWM控制ZVS半橋變換器（見(jiàn)圖2）,其與傳統(tǒng)半橋電路相比，對(duì)稱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(duì)稱狀態(tài)，而R下管和輔助開(kāi)關(guān)管可在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS,±管也能在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)ZVS,引起的附加損耗很小。該變換器器件所受應(yīng)力小，可靠性高，其更適合采用MOSFET做開(kāi)關(guān)管，較少應(yīng)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(chǔ)能來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS,增大諧振電感能擴(kuò)大上管ZVS范圍，但會(huì)使占空比丟失嚴(yán)重，設(shè)計(jì)諧振電感時(shí)須權(quán)衡考慮實(shí)現(xiàn)上管ZVS和減小占空比丟失［9］?圖2對(duì)稱PWM

10、控制ZVS半橋變換器2.2對(duì)稱PWM控制ZCS半橋變換器文獻(xiàn)［10］提出一種對(duì)稱PWM控制ZCS半橋變換器（見(jiàn)圖3）,在傳統(tǒng)不對(duì)稱半橋電路變壓器的副邊增加了一條由輔助開(kāi)關(guān)管、諧振電容和諧振電感串聯(lián)構(gòu)成的輔助支路。其主開(kāi)關(guān)管不僅工作在對(duì)稱狀態(tài)，而變換器能在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所冇開(kāi)關(guān)管的ZCS和所冇二極管的ZVS.與對(duì)稱控制半橋一樣，輔助開(kāi)關(guān)管每半個(gè)周期導(dǎo)通一次，利用諧振電容與變壓器漏感的諧振為全負(fù)載范圍所冇開(kāi)關(guān)管ZCS及所冇二極管ZVS創(chuàng)造了條件，重載時(shí)難以