諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器的研究

1、諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器的研究摘要：推薦了一種諧振復(fù)位雙開關(guān)正激型DC/DC變換器。它不僅克服了諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器開關(guān)電壓應(yīng)力大和變換效率低的缺點(diǎn)，而且具有占空比可以大于50的優(yōu)點(diǎn)。因此，該變換器可以應(yīng)用于高輸入電壓、寬變化范圍、高效率要求的場合。對(duì)該拓?fù)涞墓ぷ髟砗吞匦赃M(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該拓?fù)涞纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：諧振復(fù)位;雙開關(guān);正激變換器1概述諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器，如圖1所示，是一種結(jié)構(gòu)比較簡單、應(yīng)用十摘要：推薦了一種諧振復(fù)位雙開關(guān)正激型DC/DC變換器。它不僅克服了諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器開關(guān)電壓應(yīng)力大和變換效率低的缺點(diǎn)，而且具有占空比可以大于50的優(yōu)點(diǎn)。因此

2、，該變換器可以應(yīng)用于高輸入電壓、寬變化范圍、高效率要求的場合。對(duì)該拓?fù)涞墓ぷ髟砗吞匦赃M(jìn)行了詳細(xì)的描述。最后通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該拓?fù)涞纳鲜鰞?yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：諧振復(fù)位;雙開關(guān);正激變換器1 概述 諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器，如圖1所示，是一種結(jié)構(gòu)比較簡單、應(yīng)用十分廣泛的DC/DC變換器。它通過諧振電容Cr上的電壓對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位，該復(fù)位電壓可以大于輸入電壓，因此，該變換器的占空比可以大于50，適合于寬輸入范圍的場合。但和通常的單開關(guān)正激變換器一樣，它的開關(guān)電壓應(yīng)力比較大，是輸入電壓的2倍左右，用于較高輸入電壓的場合有一定的困難。另外，每次開關(guān)S開通之前，Cr上電壓為輸入電壓，在S開通時(shí)，不僅將S的寄生電容

3、上的能量CossVin2/2消耗在開關(guān)上，同時(shí)也將Cr上的能量CrVin2/2消耗在S上。而Cr又是外并的諧振電容，其值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開關(guān)的寄生電容，所以，可以認(rèn)為該變換器的等效開關(guān)損耗大大增加，效率將會(huì)受到嚴(yán)重影響。圖1 諧振復(fù)位單開關(guān)正激變換器Fig.1 Resonant reset single switch forward converter 雙開關(guān)正激變換器克服了主開關(guān)電壓應(yīng)力大的缺點(diǎn)，它每個(gè)開關(guān)的電壓應(yīng)力等于輸入電壓，是單開關(guān)正激的一半左右，適用于高壓輸入場合。而且雙開關(guān)正激變換器是利用輸入電壓給變壓器進(jìn)行復(fù)位，結(jié)構(gòu)上也比較簡單，激磁能量和漏感能量回饋到輸入側(cè)，轉(zhuǎn)換效率比較高。因此，

4、這種雙開關(guān)正激DC/DC拓?fù)浔粡V泛地應(yīng)用于工業(yè)界，不僅僅是高壓輸入場合。但是，這種雙開關(guān)正激變換器有它的突出缺點(diǎn)，即只能工作在占空比小于50的狀態(tài)，所以，不適合用在變換范圍非常寬的場合。 本文推薦了一種諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器，它綜合了單開關(guān)諧振正激和雙開關(guān)正激的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以工作在占空比大于50的狀態(tài)，而且又采用雙開關(guān)結(jié)構(gòu)，大大減小了開關(guān)的電壓應(yīng)力。因此，該變換器適用于高電壓輸入、寬變化范圍的場合。2 工作原理 諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器的電路如圖2所示。圖2中Coss1，Coss2，Coss3分別為開關(guān)S1，S2，S3的寄生輸出電容，Cr為諧振電容，它并聯(lián)在S2的漏源極之間，因Cr遠(yuǎn)大于開關(guān)

5、管的寄生電容，所以Coss2可以忽略。Lm為激磁電感。為簡化分析，輸出電容Co被認(rèn)為無窮大而以恒壓源Vo代替，并假定電路已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。圖2 諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器Fig.2 Resonant reset dual switch forward converter 該變換器的一個(gè)開關(guān)周期可以分為6個(gè)工作階段，分別如圖3的6個(gè)等效電路所示。相應(yīng)的工作波形如圖4所示，其中t1t3為死區(qū)時(shí)間td1，t5t6為死區(qū)時(shí)間td2，這些時(shí)間實(shí)際上非常短，在圖中為了更清楚地表述，將他們畫得比較大。6個(gè)工作階段的工作原理分別描述如下。 1）階段1t0，t1 如圖3（a）和圖4所示，該階段S1和S2同時(shí)導(dǎo)通，加在

6、變壓器原邊上的電壓為輸入電壓Vin，激磁電流線性上升。同時(shí)副邊整流二極管DR1導(dǎo)通，續(xù)流二極管DR2截止，電感L上的電流iL線性上升。 2）階段2t1，t2t1時(shí)刻，如圖3(b)和圖4所示，S1和S2同時(shí)關(guān)斷，折算到原邊的負(fù)載電流和激磁電流一起對(duì)Coss1充電，使Coss3放電，Coss3上的電壓vds3迅速下降。由于諧振電容Cr較大，在這么短的時(shí)間內(nèi)Cr上的電壓幾乎沒有上升，近似為零。因此vT就近似等于vds3，也迅速下降。但此階段變壓器上的電壓vT仍為正，所以副邊DR1仍導(dǎo)通。 3）階段3t2，t3t2時(shí)刻vT下降到零時(shí)，副邊二極管DR1就截止，DR2導(dǎo)通，iL通過DR2續(xù)流，在輸出電壓V

7、o的作用下線性下降。在原邊，激磁電感Lm和諧振電容Cr諧振，在Cr上產(chǎn)生的諧振電壓按正弦變化上升，該諧振電壓同時(shí)對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位，諧振電流流過S3的體二極管，如圖3(c)和圖4所示。 4）階段4t3，t4t3時(shí)刻，S3的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)vgs3變高，S3在零電壓條件下開通，Lm和Cr繼續(xù)諧振，Cr上的正弦諧振電壓繼續(xù)對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位，諧振電流流過S3，如圖3(d)和圖4所示。 5）階段5t4，t5 如圖3(e)和圖4所示，Cr上的電壓諧振到零后，激磁電流就流經(jīng)S2的體二極管，而S3仍然導(dǎo)通，這時(shí)變壓器原邊的電壓為零，激磁電流保持不變。副邊仍然是DR1截止，DR2導(dǎo)通，電感電流繼續(xù)下降。 6）階段6t5，t6 如圖3(f)和圖4所示，S3在t5時(shí)刻關(guān)斷，激磁電流對(duì)Coss3進(jìn)行充電，vds3一大于零，副邊整流二極管DR1就導(dǎo)通，激磁電流流向變壓器副邊，但它不足以維持負(fù)載電流，所以續(xù)流二極管仍然導(dǎo)通。由于DR1及DR2都導(dǎo)通，變壓器上的電壓被箝在零，激磁電流保持不變。而開關(guān)S1上的電壓被箝在Vin