一 原理

單重移相調(diào)制工作原理的波形圖，如圖1所示。兩側(cè)全橋上的對角線開關(guān)管同時導(dǎo)通和關(guān)斷，導(dǎo)通和關(guān)斷的時間各占比開關(guān)周期的50%，全橋H1輸出波形Vab和H2波形Vcd均為方波，假設(shè)變換器的工作頻率為f驅(qū)動信號開關(guān)半周期為Ths=1/2f。圖示中Vcd方波電壓超前Vab，功率正向傳遞，定義兩個全橋之前的相位差為φ，移相控制比為D=φ/π，即橋間移相角。當(dāng)功率正向傳遞時D>0，當(dāng)D<0時，功率反向傳遞。本文的分析中均以D>0，功率正向傳輸為例；V1≥nV2為例，忽死區(qū)效應(yīng)影響和寄生電容進行分析。

圖1

對于工作模式的分析，假設(shè)單重移相調(diào)制下變換器的已處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)圖1的單重移相調(diào)制工作原理波形，可將其運行狀態(tài)分為6個狀態(tài)，如圖2。

圖2

1）狀態(tài)1：t0-t0'階段

狀態(tài)1的工作狀態(tài)如圖2（a）所示，在t0時刻之前，開關(guān)管S2和S3導(dǎo)通，電流為負(fù)；在t0時刻，開關(guān)管S2和S3關(guān)斷，S1和S4導(dǎo)通，由于電流仍為負(fù)，所以電流流過D1和D4續(xù)流，因此，S2和S3硬關(guān)斷，D1和D4硬導(dǎo)通；電感電流可以表示為

                                                

                                        

2）狀態(tài)2：t0'-t1階段

狀態(tài)2的工作狀態(tài)如圖2（b）所示，在t0'時刻，電感電流由負(fù)變?yōu)檎叺膫?cè)的全橋電流由D1、D4切換到S1、S4，二次側(cè)全橋電流由D6、D7切換到S6和S7，因此，S1和S4零電壓開關(guān)（ZVS）開通，D1和D4零電流開關(guān)（ZCS）關(guān)斷，S6和S7ZVS開通，D6和D7ZCS關(guān)斷；此時電感電流的表達式與狀態(tài)1的相同。

3）狀態(tài)3：t1-t2階段

狀態(tài)3的工作狀態(tài)如圖2.所示，在t1時刻，開關(guān)管S5和S8導(dǎo)通，S6和S7關(guān)斷，由于電感電流iL為正，原邊側(cè)全橋狀態(tài)不變，二次側(cè)全橋電流由S6和S7切換到D5和D7，因此Q2和Q3硬關(guān)斷，D5和D8硬導(dǎo)通；此時段電感電流可以表示為

                                                                                           

4）狀態(tài)4：t2-t2'階段

狀態(tài)4的工作狀態(tài)如圖2（d）所示，在t=t2時刻，開關(guān)管S2和S3導(dǎo)通，S1和S4關(guān)斷，由于電感電流iL為正，原邊側(cè)全橋電流由S1、S4切換到D2和D3，副邊側(cè)全橋狀態(tài)不變，因此S1和S4硬關(guān)斷，D2和D3硬導(dǎo)通；電感電流可以表示為

                                  

                                                     

5）狀態(tài)5：t2'-t3階段

狀態(tài)5的工作狀態(tài)如圖2（e）所示，在t= t2'時刻，電感電流iL由正變?yōu)樨?fù)，一次側(cè)全橋電流由D2、D3切換到S2和S3，副邊的全橋電流由D5、D8切換到S5和S8，因此S2和S3ZVS開通，D2和D2ZCS關(guān)斷，S5和S8ZVS開通，D5和D8ZCS關(guān)斷；電感電流的表達式與狀態(tài)4相同。

6）狀態(tài)6：t3-t4階段

在t= t3時刻，開關(guān)管S6和S7導(dǎo)通，S5和S8關(guān)斷，由于電感電流iL為負(fù)，原邊側(cè)全橋狀態(tài)不變，副邊的全橋電流由S5和S8切換到D6和D7，因此S5和S8硬關(guān)斷，D6和D7硬導(dǎo)通；電感電流的表達式為

                 

根據(jù)以上工作狀態(tài)的分析，可知在一個開關(guān)周期內(nèi)前半周期和后半周期內(nèi)波形是中心對稱的，圖示2（a）的狀態(tài)下變換器所有開關(guān)管均工作在ZVS開通和硬關(guān)斷狀態(tài)，所有的二極管均在應(yīng)開通和ZCS關(guān)斷狀態(tài)。

二、仿真

模型仿真中采用了傳統(tǒng)的PI補償器控制來實現(xiàn)輸出測得穩(wěn)壓，設(shè)定輸出側(cè)電壓為80V恒定值，通過對實際值輸出電壓的測量和給定值相比較，將所得差值給PI調(diào)節(jié)器進行補償，調(diào)節(jié)移相比D實現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出。針對傳統(tǒng)移相調(diào)制工作原理和功率傳輸進行簡單驗證。如圖3所示。

圖4和圖5分別給出了在移相比D=0.2時和當(dāng)傳輸功率取最大值時移相比D=0.5時，仿真實驗的波形圖。

圖4 D為0.2時

圖4 D為0.5時

電感電流iL與電壓Vab的瞬時乘積為瞬時功率P，當(dāng)瞬時功率P位于負(fù)半軸時可以代表回流功率大小。由以上圖2.9和圖2.10仿真波形圖中可以看出，隨著移相比D值的增大，傳輸?shù)墓β试龃螅S之回流功率和峰值電流大小也增大，在最大傳輸功率時，回流功率和電流應(yīng)力也很大，因此最大功率點時變換器效率并不是很高。