带隔离变压器的dc-dc变换器零电流转换方案

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1、带隔离变压器的DC/DC变换器零电流转换方案

2、第1摘要：提出了隔离型DC/DC变换器的ZCT实现方案。在变压器副边构造了和主功率回路并联的辅助谐振网络，在主开关管关断以前开通主开关管，通过谐振电容的高电压封锁副边整流桥的输出，使变压器原边电流降到零，在全负载范围内实现了主管和辅管的零电流开关。该文以推挽正激变换器为例，进行了详细的理论分析和关键参数的设计，通过原理样机的研制证明了这种方案的优点。最后给出了应用此种思想实现ZCT的一族变换器拓扑。关键词：变换器/零电流转换变换器；推挽/正激推挽；零电流开关/零电流转换；电力电子1引言提高开关器件的开关频率，减小磁性元件的体积重量

3、是提高功率密度的关键技术。而在硬开关状态下，开关频率的提高意味着开关损耗的大幅度增加，因此有必要采用软开关技术。20世纪80年代以来，软开关技术得到了深入广泛的研究并取得了迅速发展，90年代进一步提出了零转换（ZeroTransition）的思路[1~4]。以正激推挽电路的研究为平台如图1所示。通过辅助电路构成了零电流开关（ZCS）的正激推挽电路，如图2所示。但这种电路的谐振电感在主回路中，增大了导通损耗。本文增加2个单向导通二极管，把谐振电感Lr移出主回路，构成零电流转换（ZCT）正激推挽电路，如图3所示。实现了主功率管和辅助开关管的零电流开关。本文实现ZCT的思想可以应用

4、到其它有变压器隔离的拓扑中。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">2工作原理分析2.1稳态工作基本关系本文以正激推挽变换器为例，进行详细的模态分析。设：原边匝数Np1=Np2=ODE:char;LINE-HEIGHT:150%;TEXT-ALIGN:center"align=center>500)this.style.ouseg(this)">（1）t0~t1：在t0时刻前，开关管S1、S2均关断，漏感平均电流Iav在原边环流。负载电流通过D1~D

5、4续流。t0时刻S1开通，副边感应电压nVin加在副边漏感Lss上。D1、D3电流线性上升，D2、D4电流线性下降。相应地，原边电流也从0开始线性上升，开关管S1是有缓冲的零电流开通的。t1时刻，D1、D3中的电流上升到负载电流Io，D2、D4500)this.style.ouseg(this)">（2）t1~t2：t1时刻前，谐振电感电流和谐振电容电压都为0。t1时刻以后，副边感应电压nVin加在谐振元件Lr、Cr上，Lr和Cr开始谐振。经过Tr/2到t2时刻，iLr经最大值（Tr/4时）谐振到零，由于反向通路被Da1截止，谐振过程被打断，Cr电压上升到2nVin，达到最大

6、值。模态2的持续时间为500)this.style.ouseg(this)">流过开关管的电流为500)this.style.ouseg(this)">（3）t2~t3：从t2时刻开始，Da1自然关断，Vcr保持为2nVin不变。副边电流（或者说ID1）为负载500)this.style.ouseg(this)">（4）t3~t4：t3时刻零电流开通Sa，电容Cr和副边漏感Lss谐振，副边输出电流谐振减小，t4时刻，ID1电流减小到零，电容Cr上的电压为500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)th

7、is.style.ouseg(this)">（6）t6~t8：t6时刻起负载电流Io通过整流桥续流，t7时刻可零电压/零电流关断辅助开关管Sa。t8时刻零电流开通主开关管S2，开始下半个开关周期。下半个开关周期的工作模态和上半个周期相同，不再赘述。2.3参数设计（1）谐振元件Lr和CrLr和Cr的设计由以下3点制约：1）谐振阻抗Zr足够大，以减小由于Lr、Cr谐振而给原、副边增加的电流应力。一般取500)this.style.ouseg(this)">这也是ZCT方案相对ZCS方案的一个优点，即增加的谐振电流可以小于最大负载输出电流Iomax。2）为减小Lr、Cr谐振工作对P

8、控制的影响，需尽量减小谐振周期Tr，这里定义Ts=NTr(18)式中一般取N＝6~15。3）Cr应能维持较长的提供负载电流的时间，以便主功率管的零电流关断在控制上容易实现，即500)this.style.ouseg(this)">应足够长。（2）开关管和二极管500)this.style.ouseg(this)">由于谐振过程的工作时间很短，流过整流管的电流有效值变化很小，所以整流管的电流定额基本上不变。由式(14)可知，谐振电容的电压为2nVin，这样D1~D4的电压定额要比原来增大1倍。3实验结果根