ZCS全桥相移DC/DC变换器的工作原理、优点及应用

引言

移相全桥零电流开关DC/DC变换器是一种适用于大功率开关电源的软开关电路。它具有主电路结构简单，易于实现高频化；变压器的漏感可以纳入谐振电路实现功率器件软开关；主电路采用IGBT时，电压应力也很小。因为电路中IGBT的关断是在零电流条件下，可以有效地抑止IGBT由于拖尾电流带来的关断损耗。主电路变压器匝比小则有更容易避免饱和的优点。

1、燃料电池并网系统

本论文研究的是一个输入电压为100 V，输出±380 V的DC/DC变换器，应用于燃料电池并网发电系统，完成燃料电池输出和并网逆变器输入之间升压功能。系统结构框图如图1所示，其所采用的DC/DC升压装置原理如图2所示。

本文所分析的电路，通过输入电感储能向输出端供电，类似与Boost电路，由于在启动过程中，输出电压从0开始逐渐增大，在启动的一段时间范围内，输入电感始终处于充电状态，电感电流持续增大，最终导致输入电流过流。另外，在输出端也会有类似Boost电路的电压超调现象，使得输出电压过压。因此如何解决电流型DC/DC变换器启动过程中出现的输入过流、输出过压问题，成为此种电流型DC/DC变换器能否应用于燃料电池发电系统前端DC/DC变换器的关键技术之一。

2、电路控制原理

图3所示为主电路IGBT驱动的时序，电路工作原理类似于Boost电路。具体分析见参考文献。

为了达到快速调整输出电压、输入电流的目的，在该DC/DC变换器中采用输出电压外环和输入电流内环构成的双环控制系统。参考电压Vref作为电压外环的给定，电压外环的输出作为电流内环的给定。由于电流内环的作用，使闭环响应速度加快，并有效限制输出电流纹波，控制框图如图4所示。同时，由于电压外环的作用使输出电压有效榨制在后级逆变器所要求的电压值的范围内。

3、电流型DC/DC变换器启动电路的设计

本文所采用的启动电路结构如图5所示，在输入电感上附加一个耦合线圈。

在电路启动过程中，给原边的四个IGBT加上完全相同的控制信号，即采用同时开通或同时关断的方式，此时，电路主变压器被短路，整个电路等效为一个flyback拓扑。为减小桥臂上开关管电压应力，在电感原边安装RCD吸收电路。为限制启动电流增大过快，启动时占空比从O逐渐增大。具体的控制逻辑如图6所示，采用三角波和逐渐增大的一个电平信号比较得到占空比逐渐增大的PWM波形。