零轉(zhuǎn)換PWMDC/DC變換器的拓撲綜述

3.2 改進拓撲之一

文獻[9]提出了一種改進的ZCT-PWM變換器。該改進的拓撲只是將諧振網(wǎng)絡的輔助開關(guān)管S_a和嵌位二極管D_c交換位置，能實現(xiàn)所有的開關(guān)管在ZCS下通斷，并減小了S_a的峰值電流。但它的整流二極管D仍存在嚴重的反向恢復問題。

3.3 改進拓撲之二

文獻[10]介紹了一種新穎的ZCT-PWM變換器，它 很 好 地 解 決 了 以 上 所 提 到 的 各 項 缺 點 ， 如 圖8所 示 。 與 圖 7的 普 通ZCT-PWM變 換 器 相 比 ， 該 改 進 的 拓 撲 在 元 器 件 數(shù) 量 方 面 沒 有 增 減 ， 只 是 改 變 了 組 合 方 式 ， 但 同 時 實 現(xiàn) 了 主 開 關(guān) 管 S和 輔 助 開 關(guān) 管S_a的 軟 通 斷 ， 并 解 決 了 輸 出 整 流 二 極 管 D嚴 重 的 反 向 恢 復 問 題 。 以 下 對 其 工 作 過 程 進 行 分 析 。

圖8 改進的ZCT-PWM變換器

在分析中的假定與2.2基本相同，并設(shè)初始狀態(tài)為：S及S_a均為關(guān)斷狀態(tài)，D處于導通狀態(tài)。i_D=i_Lr=I_i，v_Cr=V_o，則電路在穩(wěn)態(tài)時，每個開關(guān)周期可劃分為8個模態(tài)，相應的主要波形如圖9所示。

圖 9 工 作 波 形 圖

模態(tài)1(t₀－t₁) 在t₀時刻，S開通，i_Lr，i_D線性下降，直到i_D=i_Lr=0，D關(guān)斷，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)2(t₁－t₂) 該模態(tài)類似于普通PWM Boost變換器的開通狀態(tài)；

模態(tài)3(t₂－t₃) 在t₂時刻，S_a開通，C_r，L_r開始諧振，經(jīng)過半個諧振周期，v_Cr=－V_o；

模態(tài)4(t₃－t₄) 在t₃時刻，D_a導通，S_a關(guān)斷，C_r，L_r繼續(xù)諧振，i_Lr反向增大，直到i_Lr=I_i，is=0，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)5(t₄－t₅) 在t₄時刻，主開關(guān)管S的反向二極管導通；

模態(tài)6(t₅－t₆) 在t₅時刻，主開關(guān)管S關(guān)斷；

模態(tài)7(t₆－t₇) 在t₆時刻，恒流源I_i給C_r充電，直到v_Cr=V_o，D導通，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)8(t₇－t₈) 該模態(tài)類似于普通PWM Boost變換器的關(guān)斷狀態(tài)，直到t₈時刻，一個開關(guān)周期結(jié)束。

可見，該拓撲實現(xiàn)了所有開關(guān)管和輸出整流二極管D都在較小的di/dt下軟開通，在ZCS下關(guān)斷，而且在主開關(guān)管S上沒有附加的電流應力和導通損耗，大大減小了輸出整流二極管的反向恢復電流。

4 ZCZVT-PWM變換器

近些年，一些電力電子研究中心的工程師們正盡力尋求一種最優(yōu)化的軟開關(guān)技術(shù)，即用盡量少的輔助元器件，實現(xiàn)功率半導體器件同時在零電壓和零電流下轉(zhuǎn)換，綜合ZVT-PWM變換器和ZCT-PWM變換器的優(yōu)點，進一步完善零轉(zhuǎn)換條件。文獻[11]所介紹一種新穎的ZCZVT-PWM變換器，就能實現(xiàn)主開關(guān)管同時在零電壓和零電流下轉(zhuǎn)換，如圖10所示。以下對其工作過程進行分析。

圖10 ZCZVT-PWM變 換 器

在分析中的假定與2.2基本相同，并設(shè)初始狀態(tài)為：主功率開關(guān)管S及輔助開關(guān)管S_a均為關(guān)斷狀態(tài)，輸出整流二極管D處于導通狀態(tài)，v_CR2=V_o，則電路在穩(wěn)態(tài)時，每個開關(guān)周期可劃分為13個模態(tài)，相應的主要波形如圖11所示。

圖 11 工 作 過 程 波 形 圖

模態(tài)1(t₁－t₂) 在t₁時刻，S_a開通，C_R1，L_R諧振，i_LR，v_CR1均增加，直到v_CR1=V_i，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)2(t₂－t₃) 在t₂時刻，D_a2導通，i_LR繼續(xù)增加，直到i_LR=I_i，此時D自然關(guān)斷；

模態(tài)3(t₃－t₄) C_R2，L_R諧振，v_CR2減小，i_LR繼續(xù)增加，直到v_CR2=0；

模態(tài)4(t₄－t₅) 在t₄時刻，D_s導通，L_R釋放能量，i_LR減小，直到i_LR=I_i，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)5(t₅－t₆) 在t₅時刻，S導通，當L_R完全釋放能量時，i_LR=0，i_s=I_i，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)6(t₆－t₇) C_R1，L_R通過S和D_a1開始半周期諧振，此時關(guān)斷S_a；

模態(tài)7(t₇－t₈) 該階段與普通Boost PWM變換器的開通狀態(tài)一樣；

模態(tài)8(t₈－t₉) 在t₈時刻，S_a開通，C_R1，L_R諧振，i_LR增加，i_s下降，直到i_LR=I_i，i_s=0；

模態(tài)9(t₉－t₁₀) 在t₉時刻，Ds導通，S關(guān)斷，當i_LR再次達到I_i，D_s關(guān)斷,該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)10(t₁₀－t₁₁) 在t₁₀時刻，C_R2，C_R1，L_R諧振，直到u_CR1=V_i，D_a2導通；

模態(tài)11(t₁₁－t₁₂) 在t₁₁時刻，C_R2，L_R繼續(xù)諧振，直到i_LR=0，D_a1開通，D_a2關(guān)斷；

模態(tài)12(t₁₂－t₁₃) 在t₁₂時刻，C_R2，C_R1，L_R諧振，當i_LR再次達到i_LR=0時，D_a1關(guān)斷，此時關(guān)斷Sa，該模態(tài)結(jié)束；

模態(tài)13(t₁₃－t₁₄) 輸入電流I_i給C_R2充電，v_C2線性增加到V_o，此時D導通，進入下一個周期。

可見，該拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了主開關(guān)管S同時在零電壓和零電流條件下開通和關(guān)斷，輔助開關(guān)管Sa在零電流條件下開通，零電壓和零電流條件下關(guān)斷，輸出整流二極管D在零電壓下轉(zhuǎn)換，從而既綜合了ZVT-PWM變換器和ZCT-PWM變換器的優(yōu)點，又克服了它們各自的缺點，大大減小了開關(guān)損耗。

5 結(jié)語

零轉(zhuǎn)換PWMDC/DC變換器是低電壓（電流）應力、高效率的變換器，但傳統(tǒng)的零轉(zhuǎn)換PWMDC/DC變換器仍存在一些問題。為了解決這些問題，人們提出了許多新的改進拓撲。本文對三種改進的ZVT-PWM變換器、一種改進的ZCT-PWM，以及一種新穎的ZCZVT-PWM作了詳細介紹和分析。這幾個改進的拓撲都實現(xiàn)了所有開關(guān)管的軟通斷，進一步減小了開關(guān)損耗，效率大為提高，很值得進一步研究和完善。