雙正激變換器軟開(kāi)關(guān)拓?fù)涞姆治雠c評(píng)價(jià)

摘要：雙正激變換器廣泛應(yīng)用于中、大功率場(chǎng)合,為了提高變換器的功率密度和效率,必須提高開(kāi)關(guān)頻率并減少開(kāi)關(guān)損耗,這就要求開(kāi)關(guān)管工作在軟開(kāi)關(guān)方式。本文系統(tǒng)的分析了雙正激變換器軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?/strong>的主要工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，并選取一種新型的雙正激軟開(kāi)關(guān)組合變換器拓?fù)渥鳛楦邏褐绷鬏斎牒娇侦o止變流器的DC/DC級(jí)拓?fù)?，成功研制了一臺(tái)4KW的原理樣機(jī)，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 敘詞：雙正激變換器；組合變換器；軟開(kāi)關(guān) Abstract：The dual-switch forward converter is widely adopted in medium to high power applications. To achieve high power density and high efficiency, switching frequency must be greatly increased, and meanwhile, switching losses must be reduced. As a result, soft-switching techniques must be adopted. This paper presents a detailed review of these techniques. The main operation principles、merits、limitations and applications of these soft-switching topologies are analyzed. Based on the analysis and evaluation, a novel dual-switch forward combined converter is taken as the DC/DC converter for high voltage dc input Aeronautic Static Inverter. A 4KW prototype is successfully developed, and the experimental results are also included in this paper. Keyword：Dual-switch forward converter；Combined converter；Soft-switching

1. 引言

　　雙正激變換器克服了正激變換器中開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力高的缺點(diǎn)，每個(gè)開(kāi)關(guān)管只需承受輸入直流電壓，不需要采用特殊的磁復(fù)位電路就可以保證變壓器的可靠磁復(fù)位。它的每一個(gè)橋臂都是由一個(gè)二極管與一個(gè)開(kāi)關(guān)管串聯(lián)組成，不存在橋臂直通的危險(xiǎn)，可靠性高。因此雙正激變換器具有其它變換器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，成為目前中大功率變換器中應(yīng)用最多的拓?fù)渲弧ｋp正激組合變換器通過(guò)對(duì)雙正激變換器進(jìn)行并、串組合，可以克服其占空比只能小于0.5的缺點(diǎn)，提高變壓器的利用率和變換器的等效占空比，適合應(yīng)用于高輸入和輸出電壓的大功率場(chǎng)合[1,2] 。

　　現(xiàn)代電源的發(fā)展方向是高頻化、小型化、模塊化、智能化，實(shí)現(xiàn)變換器的高功率密度、高效率和高可靠性。提高開(kāi)關(guān)頻率，減小磁性元件的體積和重量是提高變換器功率密度的有效措施。但是在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作的變換器，隨著開(kāi)關(guān)頻率的上升，一方面開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)成正比地增大，無(wú)源元件的損耗大幅度增加,效率大大降低；另一方面，過(guò)高的dv/dt和di/dt會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾(EMI),影響變換器的可靠性。為了改善高頻變換器開(kāi)關(guān)的工作條件,減小開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾,各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用而生，包括無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)與ZVS/ZCS諧振、準(zhǔn)諧振、ZVS/ZCS-PWM、ZVT/ZCT-PWM等有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。

　　近年來(lái)國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者對(duì)雙正激及其組合變換器的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行了大量的研究。軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浯篌w上可分為三類(lèi)，即應(yīng)用無(wú)源輔助電路的無(wú)源軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?；?yīng)用有源輔助電路的有源軟開(kāi)關(guān)拓?fù)洌徊恍栎o助電路的軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?。本文系統(tǒng)地分析了這三類(lèi)軟開(kāi)關(guān)拓?fù)洌赋龈鞣N拓?fù)涞奶攸c(diǎn)和適用場(chǎng)合，給出簡(jiǎn)單的分析和評(píng)價(jià)，并選擇了一種新型的ZVS雙正激組合變換器，作為高壓直流輸入航空靜止變流器DC/DC級(jí)拓?fù)?，成功研制了一臺(tái)4KW的雙正激組合變換器，滿(mǎn)載時(shí)效率高達(dá)95.51%。

2. 應(yīng)用無(wú)源輔助電路的無(wú)源軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?/p>

2.1　原邊箝位型ZVZCS雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[3]提出了一種原邊箝位型ZVZCS雙正激變換器如圖1所示。原邊箝位電路由輔助電感Lr和兩個(gè)箝位二極管D3、D4組成。

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圖1 原邊箝位型ZVZCS雙正激變換器

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　　S1和S2開(kāi)通時(shí)Lr的電流從零開(kāi)始線(xiàn)性上升，從而減小了D6關(guān)斷時(shí)的di/dt和電壓尖峰，S1和S2為零電流開(kāi)通。S1和S2關(guān)斷時(shí)負(fù)載電流對(duì)開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容充電，S1和S2為零電壓關(guān)斷。該拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是：通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)源箝位電路減小了副邊續(xù)流二極管反向恢復(fù)引起的電壓尖峰，降低了電磁干擾，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通和零電壓關(guān)斷，適合應(yīng)用于高壓輸出的大功率場(chǎng)合。缺點(diǎn)是變換器的開(kāi)關(guān)管為容性開(kāi)通。

2.2　一種雙正激電路的軟關(guān)斷拓?fù)?/p>

　　文獻(xiàn)[4]提出了一種雙正激電路的軟關(guān)斷拓?fù)淙鐖D2所示。通過(guò)比開(kāi)關(guān)結(jié)電容大得多的諧振電容C1、C2限制開(kāi)關(guān)電壓的上升速度，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS關(guān)斷。由Lr、C1、C2 D3、D4和D5構(gòu)成的箝位電路是無(wú)損的，并能將變壓器漏感所存儲(chǔ)的能量全部返回到輸入電源中。但是開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，諧振電流從開(kāi)關(guān)管流過(guò)，增加了開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力，而且開(kāi)關(guān)管為硬開(kāi)通，對(duì)大功率雙正激電路效率的提高有較大的實(shí)用價(jià)值。

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圖2 一種雙正激電路的軟關(guān)斷拓?fù)?/p>

2.3　無(wú)源ZVT雙正激變換器

　　圖3示出了一種無(wú)源ZVT 雙正激變換器[5] ，它通過(guò)在變壓器原邊增加輔助電路，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓關(guān)斷。其工作原理為：當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)，諧振電容Cr 和諧振電感Lr通過(guò)開(kāi)關(guān)S2 及二極管D3諧振，將Cr上的電壓改變極性，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，由于Cr比開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容大得多，因此限制了開(kāi)關(guān)管電壓的上升速度，從而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。這種變換器的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加有源開(kāi)關(guān)器件，因此電路簡(jiǎn)單。但是由于在開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)，諧振電流要從下管S2流通，因此增加了下管的電流應(yīng)力，而且開(kāi)關(guān)管為硬開(kāi)通,開(kāi)通損耗較大。

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圖3 無(wú)源ZVT雙正激變換器

2.4 無(wú)損緩沖ZVZCS雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[6]提出了一種無(wú)損緩沖ZVZCS雙正激電路如圖4所示。通過(guò)輔助電感Lr實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通，由諧振電容Cr實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓關(guān)斷。該變換器在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，通態(tài)損耗較小，而且緩沖電路是無(wú)損的。

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圖4 無(wú)損緩沖ZVZCS雙正激電路

2.5 帶能量吸收電路的軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[7]提出了一種開(kāi)關(guān)管和副邊整流二極管帶能量吸收緩沖電路的雙正激電路如圖5所示。無(wú)損吸收緩沖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了原邊開(kāi)關(guān)管的零電流開(kāi)通、零電壓關(guān)斷和副邊整流二極管的零電流開(kāi)通，并且副邊整流二極管不存在電壓尖峰和反向恢復(fù)損耗。該電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要附加2套緩沖電路。

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圖5 帶能量吸收緩沖電路的軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器

2.6 橋臂互感型軟開(kāi)關(guān)雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[8]提出了一種橋臂互感型軟開(kāi)關(guān)雙正激組合變換器如圖6所示，將兩個(gè)雙正激變換器的串聯(lián)組合，副邊采用倍流整流電路，適用于高輸入電壓、低壓大電流輸出的場(chǎng)合。開(kāi)關(guān)管承受的電壓僅為輸入直流電壓的一半。利用耦合電感中儲(chǔ)存的能量實(shí)現(xiàn)開(kāi)的零電壓開(kāi)關(guān)，同時(shí)采用移相控制技術(shù)調(diào)節(jié)輸出電壓和實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。由于采用了帶兩個(gè)原邊繞組的變壓器，所以能夠使變壓器磁芯工作在雙象限和實(shí)現(xiàn)輸入電容電壓的自動(dòng)均壓。該電路的缺點(diǎn)是每個(gè)橋臂上的輔助電路增加了開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力，電路的導(dǎo)通損耗比較大，輔助電路較復(fù)雜。

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圖6 橋臂互感型軟開(kāi)關(guān)雙正激組合變換器

2.7 改進(jìn)的橋臂互感型軟開(kāi)關(guān)雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[9]提出了一種改進(jìn)的橋臂互感型軟開(kāi)關(guān)雙正激組合變換器如圖7所示，不僅具有圖6電路所具有的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要采用圖6電路所示的輔助電路。通過(guò)PWM控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷，利用偶合的諧振電感Lr1和Lr2實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，但是軟開(kāi)關(guān)范圍受一定的限制。由于輸入電容的自動(dòng)均壓方式是通過(guò)原邊電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)管和變壓器在兩個(gè)電容之間相互傳遞能量實(shí)現(xiàn)的，因而會(huì)增加開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力和導(dǎo)通損耗。而且副邊整流二極管的電壓應(yīng)力較大，不適合應(yīng)用在高輸出電壓場(chǎng)合。該變換器適用于高輸入電壓、低壓大電流輸出的大功率場(chǎng)合。

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圖7 改進(jìn)的橋臂互感型軟開(kāi)關(guān)雙正激組合變換器[!--empirenews.page--]

3. 應(yīng)用有源輔助電路的有源軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?/p>

3.1 有源箝位軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[10]提出了一種有源箝位軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器如圖8所示。通過(guò)在變壓器的原邊并聯(lián)一個(gè)由Sa、Ca、Da構(gòu)成的有源箝位網(wǎng)絡(luò)，不僅可以箝位開(kāi)關(guān)管的電壓，還可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管和輔管的零電壓開(kāi)通。同時(shí)變壓器勵(lì)磁電流雙向流動(dòng)，提高了變壓器磁芯的利用率。電路工作于準(zhǔn)方波模式，可以進(jìn)行恒頻PWM控制，電磁兼容性好。

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圖8 有源箝位軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器

3.2 一種新型的有源箝位雙正激變換器

　　為了減小變換器原邊開(kāi)關(guān)管和副邊二極管的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，文獻(xiàn)[11]提出了一種新型的有源箝位雙正激變換器如圖9所示，利用2個(gè)開(kāi)關(guān)管Sa1、Sa2代替?zhèn)鹘y(tǒng)雙正激電路原邊的2個(gè)箝位二極管，同時(shí)加入一個(gè)箝位電容，實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管和輔管的ZVS開(kāi)通。該拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，而且輔管Sa1、Sa2可以選用電壓定額較低的開(kāi)關(guān)管。該變換器適用于寬輸入電壓范圍的中、低壓場(chǎng)合，但是輔管的引入增加了電路控制的復(fù)雜性。

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圖9 一種新型的有源箝位雙正激變換器

3.3 一種有源軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[12]提出了一種有源軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器如圖10所示。輔助諧振網(wǎng)絡(luò)的輔管可以零電流開(kāi)通，ZVS關(guān)斷，同時(shí)實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管S1的零電壓零電流開(kāi)通、零電壓關(guān)斷和S2的零電流開(kāi)通。該拓?fù)涞娜秉c(diǎn)輔助電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，開(kāi)關(guān)管S2是硬關(guān)斷，而且存在容性開(kāi)通損耗。

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圖10 一種有源軟開(kāi)關(guān)雙正激變換器

3.4 串聯(lián)組合式ZVS雙正激變換器
　　　
　　圖11所示電路[13]是由兩個(gè)ZVS雙正激變換器串聯(lián)組成。它可以實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通和輔管的零電流開(kāi)通、零電壓零電流關(guān)斷。在主開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前超前導(dǎo)通輔管Sa1(或Sa2),通過(guò)Lr1（或Lr2）和Cr1（或Cr2）諧振，使諧振電容上的電壓達(dá)到Vin/2,然后開(kāi)通主開(kāi)關(guān)管。由于該電路采用了帶兩個(gè)原邊的變壓器，所以它能實(shí)現(xiàn)磁芯的雙象限工作和輸入電容的自動(dòng)均壓，適合應(yīng)用在高電壓輸入的大功率場(chǎng)合。但是副邊整流二極管的電壓為兩倍的副邊電壓，因而限制了變換器在高輸出電壓領(lǐng)域的應(yīng)用。

3.5 有源ZVT雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[14]提出了一種有源ZVT雙正激變換器如圖12所示。其基本原理與圖4所示的無(wú)源ZVT電路一樣，也是通過(guò)比開(kāi)關(guān)結(jié)電容大得多的諧振電容Cr限制開(kāi)關(guān)電壓上升速度，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)ZVS關(guān)斷。與圖4不同的是，諧振回路與主回路完全分開(kāi)，在諧振網(wǎng)絡(luò)中增加了諧振開(kāi)關(guān)Sa，諧振電流不從下管中流過(guò)，因此不增加變換器主開(kāi)關(guān)管的電流應(yīng)力。而且通過(guò)在S1、S2開(kāi)通之前很短的時(shí)間內(nèi)超前開(kāi)通諧振開(kāi)關(guān)Sa，能夠?qū)崿F(xiàn)S1、S2的零電壓開(kāi)通。該帶電路的缺點(diǎn)是Sa零電流開(kāi)關(guān)，但為容性開(kāi)通，而且這種變換器增加了電路的復(fù)雜性。

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圖12 有源ZVT雙正激變換器

3.6 ZVT交錯(cuò)并聯(lián)雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[15]提出了一種ZVT交錯(cuò)并聯(lián)雙正激組合變換器，如圖13所示，采用一套輔助電路實(shí)現(xiàn)整個(gè)組合變換器的主開(kāi)關(guān)管的ZVS。輔助電路由兩個(gè)開(kāi)關(guān)管Sa1、Sa2、D5、D6有和諧振電容Cr組成，將變壓器漏感和勵(lì)磁電感作為諧振電感，減少了外加諧振電感帶來(lái)的損耗。但是輔管是零電流開(kāi)關(guān)，存在容性開(kāi)通損耗。

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圖13 ZVT交錯(cuò)并聯(lián)雙正激組合變換器

3.7　ZCT雙正激變換器

　　文獻(xiàn)[16]提出了ZCT雙正激變換器，如圖14所示，在每個(gè)開(kāi)關(guān)管旁并聯(lián)一個(gè)諧振回路，在主開(kāi)關(guān)管關(guān)斷之前開(kāi)通諧振開(kāi)關(guān)，通過(guò)諧振回路的諧振，將主開(kāi)關(guān)管的電流轉(zhuǎn)移到諧振回路中，從而實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電流關(guān)斷，諧振開(kāi)關(guān)在諧振電流過(guò)零時(shí)自然關(guān)斷。ZCT雙正激變換器特別適合于以IGBT 作主開(kāi)關(guān)管的應(yīng)用場(chǎng)合，可以避免IGBT 關(guān)斷時(shí)由拖尾電流引起的關(guān)斷損耗。但是主開(kāi)關(guān)管是硬開(kāi)通，而且需要兩個(gè)輔助開(kāi)關(guān)和兩套輔助電路，因此電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

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圖14 ZCT雙正激變換器[!--empirenews.page--]

3.8　廣義軟開(kāi)關(guān)-PWM雙正激變換器

　　廣義軟開(kāi)關(guān)，就是用有源或無(wú)源的無(wú)損吸收電路，使開(kāi)關(guān)過(guò)程軟化，實(shí)現(xiàn)近似零電壓開(kāi)通或近似零電流關(guān)斷，減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)降低整流二極管的反向恢復(fù)損耗。它可以達(dá)到與傳統(tǒng)ZVT或ZCT軟開(kāi)關(guān)幾乎相同的指標(biāo)，但比傳統(tǒng)軟開(kāi)關(guān)具有電路簡(jiǎn)單，成本低廉，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。圖15所示是一種廣義軟開(kāi)關(guān)-PWM雙正激變換器[17,18]，原理簡(jiǎn)述如下：主開(kāi)關(guān)管S1、S2以及輔管Sa同時(shí)開(kāi)通，回路中Lr限制了主開(kāi)關(guān)管的電流上升率，減小了開(kāi)通損耗。S1先關(guān)斷，變壓器電流對(duì)C1充電，C1上的電壓不能突變，因此S1電壓上升電壓斜率受到限制，關(guān)斷損耗減小。令Sa先于S2關(guān)斷，當(dāng)S2關(guān)斷時(shí)，器電流對(duì)C2充電，和S1關(guān)斷情況相同，減小了S2的關(guān)斷損耗。該電路的特點(diǎn)是：變壓器和吸收電感的儲(chǔ)能可回饋給電源，輔管Sa可實(shí)現(xiàn)ZVS，S1、S2雖然不是零電壓開(kāi)通，也不是零電流關(guān)斷，但是有源無(wú)損吸收電路有效地軟化了開(kāi)關(guān)過(guò)程。但是吸收電路需增加輔助開(kāi)關(guān)管，控制較復(fù)雜。

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圖15 廣義軟開(kāi)關(guān)-PWM雙正激變換器

4. 不需輔助電路的軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?/p>

4.1 雙橋式ZVS雙正激組合變換器

　　圖16提出了一種雙橋式ZVS雙正激組合變換器[19]，兩個(gè)雙正激變換器在原邊串聯(lián)，共用一個(gè)高頻變壓器，通過(guò)移相控制，并利用變壓器漏感和勵(lì)磁電感實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通。變壓器磁芯的雙象限磁化實(shí)現(xiàn)了輸入電容的自動(dòng)均壓。該電路適用于高輸入、輸出電壓，大電流輸出的場(chǎng)合，但是通態(tài)損耗較大。

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圖16 雙橋式ZVS雙正激變換器

4.2 ZVZCS PWM交錯(cuò)并聯(lián)的雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[20]提出了一種ZVZCS PWM并聯(lián)的雙正激組合變換器如圖17所示，副邊采用耦合的濾波電感以減小空載電流和環(huán)流電流，Ls1、Ls2是變壓器的副邊漏感。通過(guò)PWM控制，不需輔助電路就實(shí)現(xiàn)了S1、S2的ZVS和S3、S4的ZCS，減小了原邊和副邊的空載和環(huán)流電流，降低了通態(tài)損耗。它適合用于高壓輸入、IGBT做開(kāi)關(guān)管的場(chǎng)合。

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圖17 ZVZCS PWM交錯(cuò)并聯(lián)的雙正激組合變換器

4.3 新型的ZVZCS雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[21]提出了一種新型的ZVZCS PWM交錯(cuò)并聯(lián)的雙正激組合變換器如圖18所示。兩個(gè)相同的雙正激變換器在原邊串聯(lián)，采用一個(gè)帶兩個(gè)原邊繞組和兩個(gè)副邊繞組的高頻變壓器，采用PWM技術(shù)減少空載和環(huán)流電流，降低了導(dǎo)通損耗。在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)不需采用任何有源或無(wú)源輔助電路，由變壓器漏感電流實(shí)現(xiàn)了S1、S3的零電壓零電流開(kāi)通、零電壓關(guān)斷，利用漏感電流和環(huán)流電流實(shí)現(xiàn)S2、S4的零電流開(kāi)通、零電壓關(guān)斷。4個(gè)開(kāi)關(guān)管類(lèi)似全橋變換器工作，磁芯元件和濾波器體積都很小。該變換器的優(yōu)點(diǎn)是變壓器原邊側(cè)沒(méi)有環(huán)流存在，但是需要兩個(gè)相同的原邊繞組，銅損較大。此外S2、S4為零電流開(kāi)通，用MOSFET作開(kāi)關(guān)管時(shí)存在容性開(kāi)通損耗。適用于高輸入電壓的大功率場(chǎng)合。

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圖18新型的ZVZCS雙正激組合變換器

4.4 ZVS三電平雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[22]提出了一種新型的ZVS三電平雙正激組合變換器，如圖19所示。它由兩個(gè)雙正激電路串聯(lián)構(gòu)成，經(jīng)過(guò)一個(gè)有兩個(gè)原邊繞組的高頻變壓器實(shí)行隔離輸出。利用集成在高頻變壓器中的副邊漏感，通過(guò)PWM控制實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的ZVS。該變換器的開(kāi)關(guān)管所承受的電壓應(yīng)力為輸入直流電壓的一半，因此適用于高電壓輸入場(chǎng)合。文獻(xiàn)最后給出了采用全波整流和倍流整流的ZVS三電平雙正激組合變換器拓?fù)洹?/p>

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圖19 ZVS三電平雙正激組合變換器

4.5 新型的ZVS雙正激組合變換器

　　文獻(xiàn)[23]提出了一種新型的ZVS雙正激組合變換器，如圖19所示。主電路原邊部分由交錯(cuò)并聯(lián)的雙正激組合變換器簡(jiǎn)化而來(lái)，原邊只用兩個(gè)續(xù)流二極管，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。而且采用變壓器的磁集成技術(shù)，高頻變壓器磁芯雙向磁化，提高了磁芯的利用率，進(jìn)一步減小了體積，提高了變換器的功率密度。此外，該變換器還具有如下一些特點(diǎn)：[!--empirenews.page--]

　　(1)變換器采用開(kāi)環(huán)控制，在接近100%的等效占空比下工作，變換效率高；(2)可以通過(guò)變壓器漏感（或串聯(lián)電感）能量實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通，同時(shí)降低了副邊整流二極管的反向恢復(fù)損耗，大大提高了效率；(3)輸出濾波電路不含濾波電感，這樣由于輸出濾波電容的箝位作用，大大減小了副邊整流二極管的電壓尖峰。該變換器起著隔離和變壓的作用，輸出電壓隨輸入電壓和負(fù)載變化，所以適合應(yīng)用于輸入電壓變化范圍較小的兩級(jí)或多級(jí)系統(tǒng)中。

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圖20新型的ZVS雙正激組合變換器

　　本文選用這種新型的ZVS雙正激組合變換器，作為高壓直流輸入航空靜止變流器DC/DC級(jí)拓?fù)洌捎貌?串組合方式成功研制了一臺(tái)4KW的DC/DC變換器（實(shí)驗(yàn)電路如圖21）。

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圖21變換器實(shí)驗(yàn)電路圖

　　實(shí)驗(yàn)主要數(shù)據(jù)為：輸入直流電壓：Vin=270V；輸出直流電壓：Vo=360V；D=0.483；變壓器磁芯：雙EE55B。變壓器原副邊變比：K=13：11；變壓器原邊漏感（包括串聯(lián)電感）：Ls1= Ls2= Ls3= Ls4=26uH；開(kāi)關(guān)管(S1~S8)：IXTK48N50(Rds(on)=0.10 , Cds=620pF)；原邊續(xù)流二極管(D1~D4)：DSEI60-06A；副邊整流二極管(D5~D8)：DSEI60-10A 。輸出濾波電容：Cf1= Cf2=470uF；開(kāi)關(guān)頻率：fs=100kHz。

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圖22 ZVS開(kāi)關(guān)波形(2us/div)

（CH1：S1漏源電壓 100V/div；

CH2：S1驅(qū)動(dòng)電壓 20V/div）

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圖23滿(mǎn)載時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓、副邊電壓、電流波形(2us/div) （CH1：S1驅(qū)動(dòng)電壓 20V/div；CH2：變壓器副邊電壓 250V/div；CH3：變壓器副邊電流 10A/div）

　　圖22是開(kāi)關(guān)管S1的驅(qū)動(dòng)電壓和漏源電壓的波形，從圖中可以看出S1實(shí)現(xiàn)了ZVS。圖23給出了滿(mǎn)載時(shí)副邊電壓和電流的波形。由于輸出濾波電容的箝位，副邊幾乎沒(méi)有電壓尖峰。圖24給出了變換器效率和輸出功率的關(guān)系曲線(xiàn)，滿(mǎn)載時(shí)效率高達(dá)95.51%。

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圖24 效率與輸出功率的關(guān)系曲線(xiàn)

5. 結(jié)論

　　本文對(duì)應(yīng)用無(wú)源輔助電路、有源輔助電路和不需附加輔助電路的三類(lèi)雙正激軟開(kāi)關(guān)拓?fù)溥M(jìn)行了系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)，并選擇一種新型的雙正激軟開(kāi)關(guān)拓?fù)渥鳛楦邏褐绷鬏斎牒娇侦o止變流器的DC/DC級(jí)拓?fù)?，成功研制了一臺(tái)4KW的樣機(jī)，最后給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文的分析將有助于在不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇最合適的雙正激變換器的軟開(kāi)關(guān)拓?fù)?/strong>。