ZHCUD58 设计指南 | 德州仪器 TI.com.cn

ZHCUD58 July 2025

本部分讨论如何在此 DBSRC 下实现全范围的 ZVS，相关内容现已提交美国专利申请。

图 3-1 和图 3-2 提供了单独的拓扑原理图和波形。在图 3-2 中，θ 是 Q1 和 Q3之间的相位角。根据上一部分的分析，为了实现初级侧和次级侧四个开关的零电压断开，t1 必须在 0θ 范围内。

图 3-1 拓扑原理图

图 3-2 拓扑波形

传统的单相移 (SPS) 控制作为一种单自由度控制，θ 通常用于控制电力传输，因此很难确保在整个范围内满足软开关实现条件。基于此，本设计中引入了另一种自由度（开关频率），以实现全范围的软开关，本主题的其余部分将对此进行详细分析。

图 3-3 显示了电桥电压 VA、VB 和谐振电流 i_res，该电流是使用基波谐波分析 (FHA) 方法进行分析的，即仅分析和标准化 VA 和 VB 的基波。归一化后，VA 和 VB 的表达式分别为：

方程式 2.

v_{A_p u} (t) = \frac{4}{π} \sin (ω t)

方程式 3.

v_{B_p u} (t) = \frac{4 M}{π} \sin (ω t - θ)

其中

方程式 4.

i_{r e s_p u} (t) = \frac{v_{A_p u} (t) - v_{B_p u} (t)}{X_{r e s}}

其中

在图 3-2 中，i_{res_pu}(t₁) = 0。根据前面讨论的分析，为了确保所有开关都实现零电压开关，请确保 t1 值如方程式 5 中所示。

方程式 5.

0 < t_{1} < θ

在考虑 FHA 的精度和实现 ZVS 的裕度后，假设 t₁ = 1/2θ，因此可以得到方程式 6。

方程式 6.

i_{r e s_p u} (t_{1}) = i_{r e s_p u} (\frac{θ}{2}) = 0

图 3-3 电桥电压谐振电流

图 3-3 展示了谐振回路是 LC 串联谐振，所以将开关频率置于一个高于谐振频率 fr 的频率可以使谐振回路位于电感区域，所以谐振电压 v_res 比电流 i_res 提前 90°，该电压就是方程式 7.

方程式 7.

v_{r e s_p u} (\frac{θ}{2} + \frac{π}{2}) = 0

因为 v_{res_pu}(t) = v_{A_pu}(t) – v_{B_pu}(t)，所以方程式 8 为 true。

方程式 8.

v_{A_p u} (\frac{θ}{2} + \frac{π}{2}) - v_{B_p u} (\frac{θ}{2} + \frac{π}{2}) = 0

从方程式 8，求解 θ；

方程式 9.

θ = 2 \cdot a r c \tan (\frac{1}{M})

这样一来，确保有足够的电流为初级侧和次级侧的开关实现 ZVS。