由于 Lf垌Lr/K2，该谐振周期可表示为：
Td_lead=2π 姨2LleadClead 垌4Td_lead
（1）
式中：Td_lead 是超前桥臂两管驱动信号的死区时间。
由式（1）知，超前桥臂的死区时间远小于谐振周
期的四分之一。因此，在自由谐振的情况下，Td_lead 时 间段内，uC1 和 uC3 是单调变化的，C1（C3）在 t1 时刻的 电压值就是这段时间的最大值（最小值）。于是可推
移相全桥 PWM 变换器的 DCM 研究
假定超前桥臂开关管 VQl ，VQ3 和滞后桥臂开 关管 VQ2，VQ4 均为理想开关器件；功率器件的并联 谐振电容 C1=C3=Clead，C2=C4=Clag；Lr 为包括主变压器 Tr 的初级漏感和谐振电感在内的总谐振电感值；主 变压器的变比为 K，K>1；VDR1 和 VDR2 是次级的全 波整流二极管；Lf 和 Cf 组成输出滤波器；变换器输 出电压 Uo 和电流 Io 均视为直流量。
通 VQ2，VQ2 为硬开通。由于 VQ2 和 VQ3 导通，C4 被
快速充电至 Uin，而 VQ2 上的电压则降至零。在 t3 时
刻，ip 为负方向增加，流经 VQ2 和 VQ3。由于 ip 仍不
足以提供 Io，Io 仍由 VDR1，VDR2 提供回路，因此初级
绕组电压仍然为零。到 t4 时刻，初级电流折算到初级
1引言
由于零电压开关变换器使 PWM 变换器具备了 谐振变换器的软开关特点，因此近来对这类变换器 的关注日益增长。移相全桥 PWM 变换器是其中应 用较广的一种，它利用电路的寄生参数实现了功率 器件的零电压开关[1]。所研发的设备是一台额定功率 为 10 kW 的低压大功率直流开关电源。主电路拓扑 采用了上述移相全桥 PWM 拓扑，重载时能够实现 两个桥臂的零电压开关（ZVS），但当设备处于空载 和轻载时，初级占空比却比正常工作时小很多，同时 次级输出滤波电感的电压呈现振荡。这会对输出纹 波带来不利的影响，振荡带来的高频干扰也会带来 辐射噪声[2]。首先提出这种现象只发生在输出滤波电 感电流不连续（DCM）的情况下，其次对电流断续模 式下的变换器工作原理和工作过程进行了详细的分 析，给出了超前桥臂在 DCM 模式下实现 ZVS 的条 件。研究证明，这是抑制 DCM 下电感电压振荡的一 种简单易行的方案。
第 42 卷第 11 期 2008 年 11 月
电力电子技术 Power Electronics
Vol.42， No.11 November，2008
移相全桥 PWM 变换器的 DCM 研究
陈 伟， 邹云屏， 李 芬， 王成智 （华中科技大学，湖北 武汉 430074）
摘要:当输出滤波电感的电流在一个周期内不连续时，移相全桥 PWM 变换器就工作在电流断续模式（DCM）。在该模
图 4 抑制 DCM 振荡的措施
3 仿真研究
采用 ORCAD/PSpice 9.2 软件对 DCM 下的移相 全桥 PWM 变换器电路进行仿真分析。并通过改变 相应的元器件参数对谐振现象进行研究和解释。
重点对电感寄生参数的不同取值对谐振波形的
影响进行了软件仿真。仿真实验中，分别增大 Lf， CLf，RLf，Cf 以及负载电流 Io 的值，由此来研究参数取 值对谐振的影响规律。参数变化对谐振的影响规律
的 Io 值为-iLf（t4）/K，该阶段结束。
（6）模态 5 [t4，t5] 如图 2e 所示，VDR1 关断，VDR2
流过全部 Io。在这段时间里，电源给负载供电，初级
电流为：
ip（t）=-
Uin-KUo Lf
（t-t4）
（5）
在 t5 时刻，VQ3 关断，变换器开始另半个周期的
工作。由于后半周期与以上分析类似，故省略。
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振荡，但通过在电感两端反并联二极管能有效地抑 制该振荡的发生。
2 移相全桥变换器的 DCM 性能分析
下面首先分析变换器断续工作时的工作原理， 其中详细分析了振荡发生的原因，并在此基础上提 出一种抑制振荡的方案。 2.1 DCM 工作过程分析
图 1a 示出移相全桥 PWM 变换器拓扑结构。
图 1 移相全桥 PWM 变换器
（4）模态 3 [t2，t3] t2 时刻，电感电流已经下降到 零。如图 2d 所示，VDR1 和 VDR2 自然关断。理论上， 该阶段中，电感 Lf 两端电压 uLf=0，uCD 即为 Uo。在变 压器初级，VQ4 关断，但由于 ip 之前已经为零，Lr 中 已无能量，无法与滞后桥臂谐振电容谐振，故此时
Study on Phase-Shifted Full-Bridge PWM Converter in DCM
CHEN Wei， ZOU Yun-ping， LI Fen， WANG Cheng-zhi
（Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China） Abstract：Phase-shifted full-bridge PWM converters work in discontinuous current mode （DCM），when the current of output filter inductor is discontinuous in one switching period.The oscillation of inductance voltage is found in DCM converter，which is not allowed in some applications.The operation principle in this mode is described in detail to research the oscillation phenomenon.The output filter inductor is equivalent to LCR paralleled resonant circuit by considering its parasitic parameters.The resonant characters are influenced by parameters’variety.The influence rule is studied by simulation.A useful method to make the oscillation down is proposed at last and is verified by the experimentally results. Keywords：converter；resonance / phase-shifted full-bridge converter；discontinuous current mode
在 ORCAD/PSpice 环境下对工作在 DCM 模式 下的移相全桥 PWM 变换器进行了建模仿真。仿真 和实验波形均证实，DCM 下电感两端电压确实存在
定 稿 日 期 ：2008-07-15 作 者 简 介 ：陈 伟 （1979-），男 ，湖 北 枣 阳 人 ，博 士 研 究 生 ，研
究方向为电力电子与电力传动。
别是电感寄生参数对谐振过程的影响规律。提出了一种抑制该振荡的方法，最后通过仿真和实验验证了该方法对抑
制 DCM 下电感电压振荡的有效性。
关键词：变换器；谐振 / 移相全桥变换器；电流断续模式
中 图 分 类 号 ：TM46
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1000-100X（2008）11-0068-03
在表 1 中作了详细的归纳。由仿真实验得到的规律 与谐振过程的数学描述是一致的。
表 1 各参数对谐振的影响规律
增大的 参数值
Lf CLf RLf Cf Io
谐振特性
ILf 下降 到零的
时间
谐振持 谐振 续时间 频率
谐振电压 幅值的衰
减速度
备注
变长 变短 变小 不变
ILmax 增大
不变 不变 变小 不变
uAB 仍为零。此状态持续至 t3 时刻，次级占空比增加 就发生在这一阶段，这是移相全桥电路工作在 DCM
下的特殊现象。由于 uCD=Uo，次级相对于初级占空比
的增加值 △D 为：
△D=2t23 / Ts
（4）
式中：Ts 是开关周期，Ts =1/fs。
（5）模 态 4 [t3，t4] 如图 2e 所示，在 t3 时刻，开
模态持续时间 t01′为：
t01′=sin-1（UinI1/Zp）/ω
（3）
另一种情况，如图 3 所示，uAB 在 t1 时刻前未能
降到 0，此时，VQ3 虽然将不能实现零压开通，但可
以看作是软开通。
种开关模态。现对其半个工作周期进行分析，工作过
程划分为 5 个阶段，如图 2 所示。
图 2 各开关模态的等效电路
不变
不变 不变
变快
谐振损耗 变大
变长 变短 不变 不变
变长 变短 不变 不变
4 实验结果
移相全桥 PWM 变换器实验装置的参数如下：
直流输入电压为 540 V （由二极管整流电路提供）；
直流输出电压为 28 V；开关频率为 20 kHz；主变压
器变比 K=9；谐振电感为 10 μH；输出滤波电感为
20 μH；寄生电容值为 2 nF；寄生电阻值为 0.5 Ω；输
图 1b 示出变换器在一个开关周期工作的主要 波形。在一个周期中，移相全桥 PWM 变换器有 10
uC1（t1）>Uin，uC3（t1）<0
（2）
先考虑能实现零开通的情况。假定 uC3 在 t1′时
刻降为零，VQ3 的并联二极管 VD3 自然导通。只要在
t1′时刻后开通 VQ3 ，则 VQ3 就是零电压开通。这一
导出在 DCM 模式下超前桥臂实现软开关的条件：