ZHCUD04 设计指南 | 德州仪器 TI.com.cn

ZHCUD04 May 2025

3.3.4 死区时间补偿

如本设计指南前面几节所述，死区时间在 ZVS 实现中扮演着重要角色。遗憾的是，ZVS 无法在整个电压增益和负载范围内实现，尤其是在模式变化点处。当转换器的其中一个桥臂失去 ZVS 时，有效相移发生变化，导致输出电流波形失真。

相移变化的原因如下：实际应用采用有着固有死区时间的开关，以防击穿并允许开关中的电流放电。使能零电压开关 (ZVS) 后，初级侧和次级侧都在互补开关关断后时立即发起变化。如果 ZVS 良好，则在死区时间结束之前出现一个新电压。

硬开关保持电压不变，直到导通事件强制电压在死区时间结束时达到新电平。

图 3-15 相移变化

死区时间的影响会改变有效相移。在不同桥臂上实现 ZVS 会在 D1 和 D2 中引入持续变化。表 3-1 显示了不同桥臂的补偿值。

表 3-1 死区时间补偿值

ZVS 实现	D1 的补偿	D2 的补偿
初级超前	–DT_DC	+DT_DC/2
初级滞后	+DT_DC	+DT_DC/2
次级	0	–DT_AC

为了理解 ZVS 实现，控制器计算所有桥臂的开关电流。表 3-2 显示了关断电流计算公式。

表 3-2 关断电流公式

	模式 II	模式 III
初级超前	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} - D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
初级滞后	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
次级	$\frac{N \times V_{D C} \times (2 \times D 2 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (- \frac{D 1}{2} + D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$

如果计算得出的关断电流为负，则可以对这些开关应用补偿。然而，在实际应用中，仅仅正电流不足以实现 ZVS，因为开关需要很大的电流才能在死区时间内使 C_OSS 放电。如果此电流不足，可能会发生部分软开关。因此，表 3-1 中的补偿值需要线性化。在线性补偿方法中，附加线性系数 K_COMP 在方程式 9 中计算，并应用于表 3-1 中的死区时间补偿值。

方程式 9.

K_{C O M P} = m i n \{1, \frac{I_{Z V S} - I_{s}}{I_{Z V S}}\}

其中

I_S 为开关电流
I_ZVS 是实现完全 ZVS 所需的电流

该系数决定了该桥臂开关事件的软硬程度。该系数归零表示，该桥臂中的关断电流足以完全实现 ZVS。然而，当该系数为 1 时，开关事件为完全硬开关事件，控制器必须对 D1 和 D2 值进行完全补偿。系统设计人员在确定系统特性之后选择所需的 I_ZVS。值得注意的是，由于 C_OSS 发生变化，初级侧和次级侧的 I_ZVS 可能会有所不同。

部署建议的补偿措施可显著降低电网中的电流尖峰并提高转换器的 THD。

	模式 II	模式 III
初级超前	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} - D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
初级滞后	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (- D 1 + \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (\frac{D 1}{2} + D 2 - 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$
次级	$\frac{N \times V_{D C} \times (2 \times D 2 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times 0.25}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$	$\frac{N \times V_{D C} \times (D 1 - \frac{1}{2}) + \|V_{G}\| \times (- \frac{D 1}{2} + D 2 + 0.25)}{2 \times {F_{S W} \times L}_{K}}$