零轉(zhuǎn)換PWM DC-DC變換器的拓?fù)渚C述
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時(shí)間：2012-01-16
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
為了減小功率變換器的體積、重量和開(kāi)關(guān)損耗，提高開(kāi)關(guān)頻率和工作效率，在DC-DC變換器中常采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電壓（零電流）開(kāi)通或關(guān)斷。具體的方法有四種： 零電壓準(zhǔn)諧振變換器（ZVS-QRC），零電壓多諧振變換器（ZVS-MRC），ZVS-PWM變換器和零轉(zhuǎn)換PWM變換器。
一般而言，ZVS-QRC變換器[1]電壓應(yīng)力較大，且電壓應(yīng)力與負(fù)載變化范圍成正比；ZVS-MRC變換器[2]也具有較大的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力；ZVS-PWM變換器[3]則因串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致大的導(dǎo)通損耗。而零轉(zhuǎn)換PWM變換器則不同，它克服了前面三種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，電路性能大為改善。其電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在于：它的諧振網(wǎng)絡(luò)與主開(kāi)關(guān)管并聯(lián)；在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換期間，諧振網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生諧振，獲得零開(kāi)關(guān)條件；在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，電路又恢復(fù)到正常的PWM工作方式。這種電路結(jié)構(gòu)給其帶來(lái)了四個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：(1)功率開(kāi)關(guān)器件工作在軟開(kāi)關(guān)條件下，承受的電壓、電流應(yīng)力較低；(2)在整個(gè)輸入電壓和負(fù)載范圍內(nèi)，都能較好地保持零電壓特性；(3)輔助諧振網(wǎng)絡(luò)并不需要處理很大的環(huán)流能量，因此電路的導(dǎo)通損耗較??；(4)采用PWM控制方式，實(shí)現(xiàn)了恒頻控制。
由于零轉(zhuǎn)換PWM電路的突出優(yōu)點(diǎn)，使其得到了廣泛研究和應(yīng)用。最近幾年里，出現(xiàn)了許多新的零轉(zhuǎn)換PWM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中以ZVT-PWM變換器的一些改進(jìn)、ZCT-PWM變換器、以及ZCZVT-PWM變換器等幾種特色比較突出。本文將對(duì)這幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作簡(jiǎn)要介紹，重點(diǎn)分析它們的工作原理，并剖析它們的優(yōu)缺點(diǎn)。
2 ZVT-PWM變換器及其改進(jìn)
2.1 普通的ZVT-PWM變換器
圖1所示是文獻(xiàn)[4]提出的普通Boost ZVT-PWM變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它在主開(kāi)關(guān)管S之上，并聯(lián)了一個(gè)由諧振電容Cr（其中包含了主開(kāi)關(guān)S的輸出電容和二極管D的結(jié)電容）、諧振電感Lr、輔助開(kāi)關(guān)S1及二極管D1組成的輔助諧振網(wǎng)絡(luò)。
在每次主開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通前，先導(dǎo)通輔助開(kāi)關(guān)管S1，使輔助諧振網(wǎng)絡(luò)諧振。當(dāng)S兩端電容電壓諧振到零時(shí)，導(dǎo)通S。當(dāng)S完成導(dǎo)通后，立即關(guān)斷S1，使輔助諧振電路停止工作。之后，電路以常規(guī)的PWM方式運(yùn)行。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不增加電壓/電流應(yīng)力的情況下，實(shí)現(xiàn)了S的零電壓導(dǎo)通和D的零電流關(guān)斷。但由于S1是在大電流（接近諧振峰值電流）下關(guān)斷、大電壓（接近輸出電壓）下開(kāi)通， S1處于一種非常不好的硬開(kāi)關(guān)環(huán)境。
為了解決普通ZVT-PWM變換器的以上缺點(diǎn)，近幾年中人們提出了幾種改進(jìn)的ZVT-PWM變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它們均實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管和輔助開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)，減少開(kāi)關(guān)損耗。下面對(duì)這幾種改進(jìn)結(jié)構(gòu)分別予以介紹
2.2 改進(jìn)拓?fù)渲?br style="margin-top: 0px; margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; padding-top: 0px; padding-right: 0px; padding-bottom: 0px; padding-left: 0px; ">
圖2所示為文獻(xiàn)[5]提出的一種新穎的ZVT-PWM變換器拓?fù)?。與圖1的普通ZVT-PWM Boost變換器相比，該改進(jìn)的拓?fù)渲皇窃谳o助諧振網(wǎng)絡(luò)中增加了一個(gè)電容
在分析中，假定：（1）輸入電壓
為常數(shù)；（2） 輸出電容
設(shè)初始狀態(tài)為：主功率開(kāi)關(guān)管
模態(tài)1
模態(tài)2
模態(tài)3
可見(jiàn)，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管T1和輸出整流二極管DF在零電壓下導(dǎo)通和關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)管T2在零電流下導(dǎo)通和零電壓下關(guān)斷，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都是軟通斷，克服了普通ZVT-PWM變換器的輔助開(kāi)關(guān)管為硬通斷的缺點(diǎn)，減少了關(guān)斷損耗。
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