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零转换PWMD/D变换器的拓扑综述

零转换PWMD/D变换器的拓扑综述

点击数:7295 次   录入时间:03-04 11:57:28   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
t3)    在t2时刻,D1自然关断,CfCrLr与输出负载RL构成谐振回路,直到Cf放电到0,转到模态3;

    模态3(t3t4)    在t3时刻,CrLr通过Ds1,S2RL构成谐振回路,使Lr中的电流继续减小;

    模态4(t4t5)    在t4时刻,iLr=Ii,S1导通,Ds1关断,此阶段中,LrCr通过S2,S1RL构成谐振回路,使Lr中的电流继续减小;

    模态5(t5t7)    在t5时刻,iLr=0,在输出电容Co的作用下,LrCr通过Ds2,S1反向谐振,Lr中的电流反向,S2自行关断;

    模态6(t7t8)    该模态类似于普通PWM Boost变换器的开通状态,输入电源通过S1Ls充电;

    模态7(t8t9)    在t8时刻,S1关断,输入电流Ii给电容Cf充电,该模态类似于普通PWM Boost变换器的关断状态,直到进入下一周期。

    可见,该拓扑结构实现了S1在ZVS条件下通断,S2在零电压、零电流的条件下关断与开通,两个开关管都是软通断,改善了开关环境,克服了普通ZVT-PWM变换器的辅助开关管为硬开关的缺点,减小了关断损耗。

2.4  改进拓扑之三

    图6所示为文献[7]提出的另一种改进的ZVT-PWM变换器拓扑。与图1的普通ZVT-PWM变换器相比,该改进的拓扑只是在辅助谐振网络增加了一个电感、一个二极管和一个电容。其工作原理的分析与前面的基本相似,具体分析可以参考文献[7]。从中可知,主开关管S1在零电压下开通和关断,辅助开关管S2在零电流下开通和关断,从而也克服了普通的ZVT-PWM变换器辅助开关管为硬开关的缺点,减小了开关损耗,实现了两个开关都是软开关。

图 6  改 进 的ZVT- PWM变 换 器 拓 扑 之 三

3  ZCT-PWM变换器

3.1  普通的ZCT-PWM变换器

    ZVT-PWM变换器能实现在ZVS下开通,消除导通损耗,但却不能有效地减小关断损耗。而普通的ZCT-PWM变换器[8],如图7所示,则能实现主开关在ZCS下关断,消除关断损耗。然而,其辅助开关仍然是硬开关,而且,其输出整流二极管存在严重的反向恢复问题,导致大的导通损耗。虽然通过改变控制策略,使辅助开关导通时间更长一些,可以实现辅助开关管在ZCS下关断,但辅助开关管的峰值电流将较大。

图7  普 通 的ZCT- PWM变 换 器

3.2  改进拓扑之一

    文献[9]提出了一种改进的ZCT-PWM变换器。该改进的拓扑只是将谐振网络的辅助开关管Sa和嵌位二极管Dc交换位置,能实现所有的开关管在ZCS下通断,并减小了Sa的峰值电流。但它的整流二极管D仍存在严重的反向恢复问题。

3.3  改进拓扑之二

    文献[10]介绍了一种新颖的ZCT-PWM变换器,它 很 好 地 解 决 了 以 上 所 提 到 的 各 项 缺 点 , 如 图8所 示 。 与 图 7的 普 通ZCT-PWM变 换 器 相 比 , 该 改 进 的 拓 扑 在 元 器 件 数 量 方 面 没 有 增 减 , 只 是 改 变 了 组 合 方 式 , 但 同 时 实 现 了 主 开 关 管 S和 辅 助 开 关 管Sa的 软 通 断 , 并 解 决 了 输 出 整 流 二 极 管 D严 重 的 反 向 恢 复 问 题 。 以 下 对 其 工 作 过 程 进 行 分 析 。

图8  改进的ZCT-PWM变换器

    在分析中的假定与2.2基本相同,并设初始状态为:S及Sa均为关断状态,D处于导通状态。iD=iLr=IivCr=Vo,则电路在稳态时,每个开关周期可划分为8个模态,相应的主要波形如图9所示。

图 9  工 作 波 形 图

    模态1(t0t1)    在t0时刻,S开通,iLriD线性下降,直到iD=iLr=0,D关断,该模态结束;

    模态2(t1t2)    该模态类似于普通PWM Boost变换器的开通状态;

    模态3(t2t3)    在t2时刻,Sa开通,CrLr开始谐振,经过半个谐振周期,vCr=-Vo

    模态4(t3t4)    在t3时刻,Da导通,Sa关断,CrLr继续谐振,iLr反向增大,直到iLr=Ii,is=0,该模态结束;

    模态5(t4t5)    在t4时刻,主开关管S的反向二极管导通;

    模态6(t5t6)    在t5时刻,主开关管S关断;

    模态7(t6t7)    在t6时刻,恒流源IiCr充电,直到vCr=Vo,D导通,该模态结束;

    模态8(t7t8)    该模态类似于普通PWM Boost变换器的关断状态,直到t8时刻,一个开关周期结束。

    可见,该拓扑实现了所有开关管和输出整流二极管D都在较小的di/dt下软开通,在ZCS下关断,而且在主开关管S上没有附加的电流应力和导通损耗,大大减小了输出整流二极管的反向恢复电流。

4  ZCZVT-PWM变换器

    近些年,一些电力电子研究中心的工程师们正尽力寻求一种最优化的软开关技术,即用尽量少的辅助元器件,实现功率半导体器件同时在零电压和零电流下转换,综合ZVT-PWM变换器和ZCT-PWM变换器的优点,进一步完善零转换条件。文献[11]所介绍一种新颖的ZCZVT-PWM变换器,就能实现主开关管同时在零电压和零电流下转换,如图10所示。以下对其工作过程进行分析。

图10  ZCZVT-PWM变 换 器

    在分析中的假定与2.2基本相同,并设初始状态为:主功率开关管S及辅助开关管Sa均为关断状态,输出整流二极管D处于导通状态,vCR2=Vo,则电路在稳态时,每个开关周期可划分为13个模态,相应的主要波形如图11所示。

图 11  工 作 过 程 波 形 图

    模态1(t1t2)    在t1时刻,Sa开通,CR1LR谐振,iLR

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