零轉換PWM DC-DC變換器的拓撲綜述

作者：時間：2012-01-16 來源：網(wǎng)絡

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2.3 改進拓撲之二

圖3

　　圖3所示為文獻[6]中提出的另一種新穎的ZVT-PWM變換器拓撲。與圖3的普通ZVT-PWM變換器相比，該改進的拓撲只是在輔助諧振網(wǎng)絡增加了一個電容，少了一個二極管。以下對其工作過程進行分析。

　　在分析中，假設與1.2基本相同，并設初始狀態(tài)為：

，則電路在穩(wěn)態(tài)時，每個開關周期可劃分為7個模態(tài)：

　　可見，該拓撲結構實現(xiàn)了主開關管在ZVS條件下通斷，輔助開關管在零電壓、零電流的條件下關斷與開通，兩個開關管都是軟通斷，改善了開關環(huán)境，克服了普通ZVT-PWM變換器的輔助開關管為硬開關的缺點，減小了關斷損耗。

2.4 改進拓撲之三

圖4

　　圖4所示為文獻[7]提出的另一種改進的ZVT-PWM變換器拓撲。與圖4的普通ZVT-PWM變換器相比，該改進的拓撲只是在輔助諧振網(wǎng)絡增加了一個電感、一個二極管和一個電容。其工作原理的分析與前面的基本相似，具體分析可以參考文獻[7]。從中可知，主開關管S1在零電壓下開通和關斷，輔助開關管S2在零電流下開通和關斷，從而克服了普通的ZVT-PWM變換器輔助開關管為硬開關的缺點，減小了開關損耗，實現(xiàn)了兩個開關都是軟開關。

3　ZCT-PWM變換器

3.1 普通的ZCT-PWM變換器

圖5

　　ZVT-PWM變換器能實現(xiàn)在ZVS下開通，消除導通損耗，但卻不能有效地減小關斷損耗。而普通的ZCT-PWM變換器[8]，如圖5所示，則能實現(xiàn)主開關在ZCS下關斷，消除關斷損耗。但是，其輔助開關仍然是硬開關，而且，其輸出整流二極管存在嚴重的反向恢復問題，導致大的導通損耗。雖然通過改變控制策略，使輔助開關導通時間更長一些，可以實現(xiàn)輔助開關管在ZCS下關斷，但輔助開關管的峰值電流將較大。

3.2　改進拓撲之一

　　文獻[9]提出了一種改進的ZCT-PWM變換器。該改進的拓撲只是將諧振網(wǎng)絡的輔助開

和嵌位二極管

交換位置，能實現(xiàn)所有的開關管在ZCS下通斷，并減小了輔助開關管的峰值電流。但它的整流二極管

仍存在嚴重的反向恢復問題。

3.3 改進拓撲之二

　　文獻[10]介紹了一種新穎的ZCT-PWM變換器，它很好地解決了以上所提的各項缺點，如圖6所示。與圖5的普通ZVT-PWM變換器相比，該改進的拓撲在元器件數(shù)量方面沒有增減，只是改變了組合方式，但同時實現(xiàn)了主開S和輔助開關管

的軟通斷，并解決了輸出整流二極管

嚴重的反向恢復問題。以下對其工作過程進行分析。

圖6

　　在分析中，假設與1.2基本相同，并設初始狀態(tài)為：主功率開關管S及輔助開關管

均為關斷狀態(tài)，輸出整流二極管

處于導通狀態(tài)。

，則電路在穩(wěn)態(tài)時，每個開關周期可劃分為8個模態(tài)：

可見，該拓撲實現(xiàn)了所有開關管和輸出整流二極管

都在較小的

下軟開通，在ZCS下關斷，而且在主開關管S上沒有附加的電流應力和導通損耗，大大減小了輸出整流二極管的反向恢復電流。

4　ZCZVT-PWM變換器

　　近些年，一些電力電子研究中心的工程師們正盡力尋求一種最優(yōu)化的軟開關技術，即用盡量少的輔助元件，實現(xiàn)功率半導體器件同時在零電壓和零電流下轉換，綜合ZVT-PWM變換器和ZCT-PWM變換器的優(yōu)點，進一步完善零轉換條件。文獻[11]所介紹一種新穎的 ZCZVT-PWM變換器，就能實現(xiàn)主開關管同時在零電壓和零電流下轉換，如圖7所示。以下對其工作過程進行分析。

圖 7

　　在分析中，假設與1.2基本相同，并設初始狀態(tài)為：主功率開關管S及輔助開關管

均為關斷狀態(tài)，輸出整流二極管D處于導通狀態(tài)，

，則電路在穩(wěn)態(tài)時，每個開關周期可劃分為14個模態(tài)：

　　可見，該拓撲結構實現(xiàn)了主開關管S同時在零電壓和零電流條件下開通和關斷，輔助開關管

在零電流條件下開通，零電壓和零電流條件下關斷，輸出整流二極管D在零電壓下轉換，從而既綜合了ZVT-PWM變換器和ZCT-PWM變換器的優(yōu)點，又克服了它們各自的缺點，大大減小了開關損耗。

5　總結

　　零轉換PWM DC-DC變換器是低電壓（電流）應力、高效率的變換器，但傳統(tǒng)的零轉換PWM DC-DC變換器仍存在一些問題。為了解決這些問題，人們提出了許多新的改進拓撲。本文對三種改進的ZVT-PWM變換器、一種改進的ZCT-PWM，以及一種新穎的ZCZVT-PWM作了詳細介紹和分析。這幾個改進的拓撲都實現(xiàn)了所有開關管的軟通斷，進一步減小了開關損耗，效率大為提高，很值得進一步研究和完善。

參考文獻

[1]W. A. Tabisz, P. Gradzki, F.C.Lee, “Zero-voltage-switched quasi-resonant buck and fly-back converter-Experimental results at 10MHz”,IEEE Trans. On Power Electronics,vol.4,no.2,April 1989,pp.194~204.

[2]W. A. Tabisz,　F.C. Lee, “Zero－voltage-switching multi-resonant technique-A novel approach to improve performance of high-frequency quasi-resonant converters”, IEEE Power Electronics Specialists Conf.Rec,1988,pp.9~17.

[3]D.Y. Huh, H,S. Kim, and G.H. Cho. “New group of　ZVS PWM converters operable on constant frequency and its application to power factor correction circuit”, IEEE Power Electronics Specialists Conf.Rec,1992,pp.1440~1446.

[4]G. Hua, C. Leu, and　F. C. Lee, “Novel zero voltage transition PWM converters”, IEEE, Power Electronics Specialists Conf. Rec,1992:55~61.

[5]Hacy Bodur, and A. Faruk Bakan, “A new ZVT-PWM DC-DC converter”, IEEE Trans. On Power Electronics,vol.17,no.1, January 2002,pp. 40~47.

[6]劉萬強，張代潤，黃念慈，全軟開關Boost ZVT-PWM 變換器，四川大學學報（工程科學版），V0l 34,No.3,2002,24~26.

[7]M.L.Martin, H.Z.Grundling, “A ZVT PWM Boost Converter using an Auxiliary Resonant Source”, IEEE,PEDC.2002,pp.1101~1107

[8]G. Hua, E. Yang, Y. Jiang and F. C. Lee, “Novel zero-current-transition PWM converters ”, in Cof. Rec. IEEE-PESC, 1993:538~544

[9]H. Mao, Y. Lee and X. W. Zhou, “Improved zero current transition converters for high-power applications”, IEEE. Trans on industry applications,Vol.33,No.5,1997:1220~1231.

[10]Min-Kwang Lee,Dong-Yun Lee and Dong-seok Hyum, “New zero-current-transition PWM DC/DC converters without current stress”,IEEE,2001,pp:1069~1074.

[11]C. M. de O. Stein and H. L. Hey, “A true ZCZVT commutation cell for PWM converters”, IEEE, Trans. On Power Electronics ,　Vol. 15,No.1. 2000:185~193.

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