摘要：分析了一個(gè)新的零電流開關(guān)（ＺＣＳ）單元電路的特性。基于這個(gè)ＺＣＳ的單元電路，構(gòu)建了一個(gè)新的ＺＣＤ的Ｂｏｏｓｔ電路，并對(duì)他們的工作機(jī)理進(jìn)行了分析，而且在這個(gè)ＺＣＳ單元電路的基礎(chǔ)上構(gòu)建出更多的ＺＣＳ變換器。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論分析。

　　０　引言

　　在＊＊＊率開關(guān)變換器中，為了提高功率密度，通常都采用提高開關(guān)頻率的方式。但是隨著頻率的提高，開關(guān)損耗也增加，因此必須采用軟開關(guān)技術(shù)來降低開關(guān)損耗。準(zhǔn)諧振變流器可以工作在高開關(guān)頻率和軟開關(guān)狀態(tài)下。但是，這一類零電流開關(guān)諧振技術(shù)也受到大電流、高電壓或者頻率調(diào)制的影響?？梢栽谥C振電路中增加輔助開關(guān)和輔助的無源元件，實(shí)現(xiàn)恒頻控制，降低電流和電流應(yīng)力。但是，這一類電路的主要缺點(diǎn)就是主開關(guān)的電流應(yīng)力比較高，導(dǎo)通損耗較大。本文提出一種新的ＺＣＳ＿ＰＷＭ單元電路。通過將諧振回路按照不同的方向分開，從而強(qiáng)制諧振電流不在所有的開關(guān)器件中流通，以降低電流應(yīng)力。

　?。臁⌒滦停冢茫樱撸校祝凸ぷ鳈C(jī)理分析

　　圖１所示為傳統(tǒng)的ＺＣＳ＿ＰＷＭ變換器的基本單元及其對(duì)應(yīng)的ＺＣＳ＿ＰＷＭ?。拢铮铮螅糇儞Q器。為了降低主開關(guān)管的電流應(yīng)力，如圖２所示，在傳統(tǒng)單元電路的基礎(chǔ)上，增加了輔助二極管Ｄｓ１和Ｄｓ２，在一個(gè)諧振周期中，諧振回路被分開了。只有半個(gè)周期的諧振電流流過每個(gè)開關(guān)管，因此減輕了Ｓ１和Ｓ２的電流應(yīng)力。圖３是在圖２所示單元的基礎(chǔ)上構(gòu)建的ＺＣＳ＿ＰＷＭ　Ｂｏｏｓｔ變換器。圖４所示為圖３所示Ｂｏｏｓｔ電路的主要仿真波形。圖５所示為該電路在一個(gè)工作周期中的各個(gè)工作狀態(tài)。變換器在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的各個(gè)工作模態(tài)分析如下。

　　１）［Ｏ～ｔｏ］主開關(guān)Ｓ１斷開，Ｄ１導(dǎo)通，輸入電壓Ｖｉｎ經(jīng)輸入電感Ｌ１向負(fù)載傳遞能量。

　?。玻郏簦铩簦欤荨。樱睂?dǎo)通，電流由Ｄ１轉(zhuǎn)向Ｓ１，Ｓ１電流以Ｖｏ／Ｌ１ｒ的速度增長(zhǎng)。因?yàn)椋?，存在，Ｓ１是零電流開通。

　?。常郏簦臁妫玻荨。樱薄ⅲ模彪娏鬓D(zhuǎn)換結(jié)束，Ｌ１由Ｖｉｎ充電儲(chǔ)能。

　?。矗郏簦病簦常荨≡冢簦矔r(shí)刻，輔助開關(guān)Ｓ２導(dǎo)通，由Ｃｒ和，Ｌｒ構(gòu)成諧振電路，當(dāng)諧振進(jìn)行到１／２周期時(shí)，Ｃｒ上的電壓等于Ｖｉｎ，流經(jīng)Ｓ２中的電流ｉｓ２為Ｏ。因?yàn)椋模螅驳拇嬖?，Ｓ２為零電流關(guān)斷。

　?。担郏簦场簦矗荨≡谙掳雮€(gè)諧振周期開始時(shí)，諧振電流流經(jīng)Ｓ１和Ｄｓ１，，流經(jīng)Ｓ１的電流ｉｓ１開始減小。

　　６）［ｔ４一ｔ５］　當(dāng)流經(jīng)Ｄｓ１的諧振電流大于Ｉｉｎ時(shí)，Ｓ１的體二極管導(dǎo)通，Ｓ１實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。

　　７）［ｔｓ～ｔ６］　當(dāng)諧振電流減小至Ｉｉｎ時(shí)，Ｓ１的體二極管關(guān)斷，Ｌ１以恒流Ｉｉｎ對(duì)Ｃ１進(jìn)行充電，當(dāng)Ｃｒ上的電壓達(dá)到Ｖｉｎ　Ｖｏ時(shí)，Ｄｓ１關(guān)斷。之后，又開始下一個(gè)周期的工作。

　?。病⌒碌模冢茫樱撸校祝汀。拢铮铮螅糇儞Q器族

　　基于前面提出的ＺＣＳ＿ＰＷＭ單元電路和０ｏｏｓｔ變換器，按照單元電路在Ｂｏｏｓｔ電路中不同的位置構(gòu)建不同ＺＣＳ＿ＰＷＭ?。拢铮铮螅糇兞髌?。圖６所示的Ｂｏｏｓｔ電路就是由圖３所示的Ｂｏｏｓｔ電路衍生出的一族ＺＣＳ＿ＰＷＭ?。拢铮铮螅綦娐?。圖６中所示的單元電路的工作機(jī)理同樣也可以用上述方法進(jìn)行分析。通過分析可以看出，這４個(gè)結(jié)構(gòu)的工作步驟與圖３類似，通過在Ｂｏｏｓｔ電路上增加新型的輔助電路，在一個(gè)諧振周期中，把諧振回路分成兩個(gè)部分，這樣流過每個(gè)開關(guān)管的諧振電流只有半個(gè)周期，因此減輕了Ｓ１和Ｓ２的電流應(yīng)力，同時(shí)也減小了整個(gè)電路的損耗。因?yàn)檫@些電路都是基于Ｂｏｏｓｔ電路進(jìn)行構(gòu)架，而且僅僅在結(jié)構(gòu)上有所不同，電路整個(gè)周期的工作原理相同，于是把這５個(gè)電路歸納為同一族ＺＣＳ＿ＰＷＭ?。拢铮铮螅綦娐?。

　?。场?shí)驗(yàn)結(jié)果

　　為了驗(yàn)證理論分析，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。按照?qǐng)D３中提出的Ｂｏｏｓｔ變換器，構(gòu)建了一臺(tái)１?。耄椎模模茫模脴訖C(jī)。輸人為ＤＣ?。梗埃保担埃?，輸出為ＤＣ３７５Ｖ，開關(guān)頻率為９５?。耄龋Ｈ鐖D７所示，在輸入電壓為９０Ｖ時(shí)所測(cè)得的電流波形與圖４的仿真波形相吻合。圖７中所示的流經(jīng)開關(guān)的電流波形和整流二極管的電壓波形，與驅(qū)動(dòng)信號(hào)相吻合。樣機(jī)的效率如圖８所示。為了說明新的變換器的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的ＺＣＳ＿ＰＷＭ變換器（圖１）進(jìn)行了比較。

　　表１為主要器件的參數(shù)，在滿負(fù)載情況下，改進(jìn)型ＺＣＳ電路的效率提高了ｌ．５％。表１為電路中所使用的器件列表。

　?。础〗Y(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了，一族新型的ＺＣＳ＿ＰＷＭ單元電路。此單元電路能夠降低流過器件的諧振電流，從而降低了開關(guān)管的導(dǎo)通電流。在此ＺＣＳ＿ＰＷＭ單元電路的基礎(chǔ)上構(gòu)建了更多的ＺＣＳ變換器。通過電路的衍生，一族ＺＣＳ＿ＰＷＭ變換器被推出。在這一族電路中，所有的變換器都能工作在零電流工作方式，從而降低了開關(guān)和二極管的電流應(yīng)力，與傳統(tǒng)的ＺＣＳ—ＰＷＭ變換器相比提高了工作效率。