帶輔助網(wǎng)絡(luò)的兩路交錯并聯(lián)DC／DC變換器

摘要：提出了一種帶輔助網(wǎng)絡(luò)的兩路交錯并聯(lián)DC／DC變換器，該變換器能通過輔助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超前開關(guān)管的零電壓開關(guān)(ZVS)。由于電路變壓器次級的串聯(lián)，通過對橋間移相角度與橋內(nèi)移相角度的控制，可以使變壓器次級電壓產(chǎn)生交錯，從而使得滯后橋臂利用另一全橋變換器產(chǎn)生的交錯電流實(shí)現(xiàn)ZVS。給出了電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作原理及工作模態(tài)的分析，并給出了關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性。
關(guān)鍵詞：變換器；軟開關(guān)；交錯并聯(lián)；輔助網(wǎng)絡(luò)

1 引言
移相全橋變換器以其控制簡單，易于實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)，成為近二十年來中、大功率直流開關(guān)電源產(chǎn)品的主流結(jié)構(gòu)，并且得到了廣泛的研究和應(yīng)用。全橋變換器在實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的過程中，雖然超前橋臂較易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，但對輸出功率及橋臂中點(diǎn)串接的儲能電感有一定限制，而對滯后橋臂實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)有更多的限制，主要存在滯后開關(guān)管的ZVS開通與占空比丟失的矛盾。
為提高變換器輸出功率，實(shí)現(xiàn)全功率范圍內(nèi)的軟開關(guān)，文獻(xiàn)提出了兩種通過兩組以上變換器交錯并聯(lián)的方案，通過調(diào)節(jié)變換器與變換器之間的相位關(guān)系實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)和擴(kuò)大輸出功率。但該方案通過次級多相整流方式并不能實(shí)現(xiàn)所有開關(guān)管的ZVS，部分開關(guān)管甚至出現(xiàn)硬開關(guān)工作情況。
為了改善該變換器的性能，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的ZVS，在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上提出了帶有輔助網(wǎng)絡(luò)的兩路交錯并聯(lián)DC／DC變換器。該變換器主要利用輔助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)超前橋臂的ZVS，利用變換器次級交錯整流方式實(shí)現(xiàn)滯后開關(guān)管的ZVS。分析了電路的工作原理，給出了關(guān)鍵參數(shù)的理論分析，并對電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。

2 電路結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1示出所提出的兩路交錯并聯(lián)DC／DC變換器主電路圖。

其中A1，B1是超前橋臂；A，B2是滯后橋臂。該電路采用輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)結(jié)構(gòu)，La，Ca1，Ca2構(gòu)成A橋的輔助回路，Lb，Cb1，Cb2構(gòu)成B橋的輔助回路。電路中所有開關(guān)管工作在相同的開關(guān)頻率fs，橋內(nèi)移相角度(如V1與V3間的移相角)為θ，橋間移相角度(如V1與V3間的移相角)為φ。
在分析前，先假設(shè)：①所有元器件均為理想器件；②C1=C2=C3=C4=C5=C6=C7=C8=C；③A1超前A2的角度為θ；④A橋超前B橋的角度為φ；⑤Lf>>Llk1／K2，K為變壓器初、次級匝比，Llk1=Llk2=Llk。
該變換器分為0θ90°和90°θ180°兩個工作模態(tài)：在0θ90°模態(tài)中，變壓器次級整流電壓的平均值最小為零，最大為2KUin；在90°θ180°模態(tài)中，變壓器次級整流電壓的平均值最小為零，最大為KUin。由于這兩個模態(tài)工作原理基本相同，此處以0θ90°工作模態(tài)為例，對變換器工作原理進(jìn)行分析。
模態(tài)1[t0，t1] 在t0時刻，V1，V3，V5，V6導(dǎo)通。A橋初級電流ip1經(jīng)V1，Llk1，TR1，V3形成初級回路；B橋中V5，V6導(dǎo)通，Lik進(jìn)行續(xù)流。由于A，B兩橋交錯，此時Lik2中電流表現(xiàn)出增強(qiáng)趨勢：次級電流分別經(jīng)VDr1，Lf，Cf，R，VDr4，TR2次級，TR1次級形成回路。電路中的輔助電容Ca1和Ca2(Ca3，Ca4)容量很大，可看作兩個電壓源，其電壓均為Uin／2。當(dāng)V1，V5導(dǎo)通時，加在輔助電感La，Lb兩端的電壓分別為-Uin／2，其電流線性減小。
到t1時刻，La電流iLa達(dá)到最小值，此時La的峰值電流為：

模態(tài)2[t1，t2] t1時刻，V1，V6關(guān)斷。V1關(guān)斷時，ip1與iLa同時流出節(jié)點(diǎn)a，給C1放電和C2充電提供了足夠能量。由于C1的充電，使得V1ZVS關(guān)斷。在這段時間內(nèi)，由于Lf很大，使得ip1近似保持不變。ip1和C1，c4的電壓為：

V6關(guān)斷時，由于A，B兩橋交錯，使得B橋初級電流ip2≈Ipk1，從而為滯后管并聯(lián)結(jié)電容C6的充電和C7的放電提供了足夠能量，使得V6 ZVS關(guān)斷。此時：

在t2時刻，C4，C7的電壓下降到零，V4的反并二極管VD,及V7的反并二極管VD7導(dǎo)通，工作模態(tài)2結(jié)束。
模態(tài)3[t2，t3] V4，V7驅(qū)動信號到來時，由于此時VD4及VD7已經(jīng)導(dǎo)通，使得V4，V7ZVS開通。由于此時V5依舊導(dǎo)通，Lb兩端的電壓為-Uin／2，電感電流iLb繼續(xù)減小。當(dāng)V4導(dǎo)通時，La兩端電壓為Uin／2，因此iLa線性增大。此時iLa(t)為：

此時，V5，V7同時工作。由于A，B兩橋交錯，使得ip1開始增強(qiáng)。