零轉換PWM DC-DC變換器的拓撲綜述
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時(shí)間：2012-01-16
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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(jìn)的拓撲只是在輔助諧振網(wǎng)絡(luò )增加了一個(gè)電容，少了一個(gè)二極管。以下對其工作過(guò)程進(jìn)行分析。
在分析中，假設與1.2基本相同，并設初始狀態(tài)為：
可見(jiàn)，該拓撲結構實(shí)現了主開(kāi)關(guān)管 在ZVS條件下通斷，輔助開(kāi)關(guān)管 在零電壓、零電流的條件下關(guān)斷與開(kāi)通，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都是軟通斷，改善了開(kāi)關(guān)環(huán)境，克服了普通ZVT-PWM變換器的輔助開(kāi)關(guān)管為硬開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)，減小了關(guān)斷損耗。
2.4 改進(jìn)拓撲之三
圖4所示為文獻[7]提出的另一種改進(jìn)的ZVT-PWM變換器拓撲。與圖4的普通ZVT-PWM變換器相比，該改進(jìn)的拓撲只是在輔助諧振網(wǎng)絡(luò )增加了一個(gè)電感、一個(gè)二極管和一個(gè)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(kāi)關(guān)管S1在零電壓下開(kāi)通和關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)管S2在零電流下開(kāi)通和關(guān)斷，從而克服了普通的ZVT-PWM變換器輔助開(kāi)關(guān)管為硬開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)，減小了開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現了兩個(gè)開(kāi)關(guān)都是軟開(kāi)關(guān)。
3 ZCT-PWM變換器
3.1 普通的ZCT-PWM變換器
ZVT-PWM變換器能實(shí)現在ZVS下開(kāi)通，消除導通損耗，但卻不能有效地減小關(guān)斷損耗。而普通的ZCT-PWM變換器[8]，如圖5所示，則能實(shí)現主開(kāi)關(guān)在ZCS下關(guān)斷，消除關(guān)斷損耗。但是，其輔助開(kāi)關(guān)仍然是硬開(kāi)關(guān)，而且，其輸出整流二極管存在嚴重的反向恢復問(wèn)題，導致大的導通損耗。雖然通過(guò)改變控制策略，使輔助開(kāi)關(guān)導通時(shí)間更長(cháng)一些，可以實(shí)現輔助開(kāi)關(guān)管在ZCS下關(guān)斷，但輔助開(kāi)關(guān)管的峰值電流將較大。
3.2 改進(jìn)拓撲之一
文獻[9]提出了一種改進(jìn)的ZCT-PWM變換器。該改進(jìn)的拓撲只是將諧振網(wǎng)絡(luò )的輔助開(kāi)
3.3 改進(jìn)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(diǎn)，如圖6所示。與圖5的普通ZVT-PWM變換器相比，該改進(jìn)的拓撲在元器件數量方面沒(méi)有增減，只是改變了組合方式，但同時(shí)實(shí)現了主開(kāi)S和輔助開(kāi)關(guān)管
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(kāi)關(guān)管S及輔助開(kāi)關(guān)管
可見(jiàn)，該拓撲實(shí)現了所有開(kāi)關(guān)管和輸出整流二極管
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(kāi)關(guān)技術(shù)，即用盡量少的輔助元件，實(shí)現功率半導體器件同時(shí)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(diǎn)，進(jìn)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(shí)現主開(kāi)關(guān)管同時(shí)在零電壓和零電流下轉換，如圖7所示。以下對其工作過(guò)程進(jìn)行分析。
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(kāi)關(guān)管S及輔助開(kāi)關(guān)管
可見(jiàn)，該拓撲結構實(shí)現了主開(kāi)關(guān)管S同時(shí)在零電壓和零電流條件下開(kāi)通和關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)管
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，但傳統的零轉換PWM DC-DC變換器仍存在一些問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，人們提出了許多新的改進(jìn)拓撲。本文對三種改進(jìn)的ZVT-PWM變換器、一種改進(jìn)的ZCT-PWM，以及一種新穎的ZCZVT-PWM作了詳細介紹和分析。這幾個(gè)改進(jìn)的拓撲都實(shí)現了所有開(kāi)關(guān)管的軟通斷，進(jìn)一步減小了開(kāi)關(guān)損耗，效率大為提高，很值得進(jìn)一步研究和完善。
參考文獻
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[6]劉萬(wàn)強，張代潤，黃念慈，全軟開(kāi)關(guān)Boost ZVT-PWM 變換器，四川大學(xué)學(xué)報（工程科學(xué)版），V0l 34,No.3,2002,24~26.
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[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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