四象限D(zhuǎn)C/DC零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振羅氏變換器
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摘要:零電流開關(guān)（ZCS）技術(shù)可以顯著地降低開關(guān)由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向關(guān)斷時(shí)的功率損耗。然而，大多數(shù)文章中論述到的零電流開關(guān)變換器僅是單象限運(yùn)行。本文介紹的四象限D(zhuǎn)C/DC零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振羅氏變換器是一種新型的可以在四個(gè)象限內(nèi)運(yùn)行、運(yùn)用軟開關(guān)技術(shù)的零電流開關(guān)變換器，能夠有效地降低功率損耗，從而極大地提高功率傳輸效率。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果驗(yàn)證了文中的分析和計(jì)算。
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/179616.htm關(guān)健詞：軟開關(guān)技術(shù)零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器
Four Quadrant DC/DC ZCS Quasi Resonant Luo Converter
Abstract: Zero current switching (ZCS) technique significantly reduces the power losses across the switches during the switch on and off. Unfortunately, most of the papers discuss the converters only working at single quadrant operation. This paper introduces the four quadrant DC/DC zero current switching (ZCS) quasi resonant Luo Converter, which is a new type ZCS converter. It performs the soft switching technique with a four quadrant operation, which effectively reduces the power losses and largely increases the power transfer efficiency. The results obtained from analysis and design were compared and verified by practical test results.
Keywords: Soft switching technique,Zero current switching,Quasi resonant converter
中圖法分類號：TM92文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：02192713(2000)0840506
1引言
經(jīng)典DC/DC變換器的體積通常都很大，并且功率密度和功率傳輸效率均很低。雖然第一代羅氏變換器顯著地增大了電壓傳輸增益，提高了功率密度和功率傳輸效率，但是相對而言，其開關(guān)上的功率損耗仍然很大[1－8]。高功率密度的開關(guān)電感變換器已成功地應(yīng)用于DC/DC變換器[7－9]中，但是在開關(guān)閉合和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換期間，很大的電流和電壓所產(chǎn)生的交疊，會在變換器內(nèi)部兩只開關(guān)上產(chǎn)生很大的功率損耗。
運(yùn)用軟開關(guān)技術(shù)可以減少功率損耗[10－14]。然而大多數(shù)文章中論述到的這類變換器僅是單象限運(yùn)行。本文介紹的新型四象限D(zhuǎn)C/DC零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振羅氏變換器，能夠有效地降低變換器的開關(guān)損耗，從而極大地提高功率傳輸效率。四象限D(zhuǎn)C/DC零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振羅氏變換器的電路如圖1所示。電路1實(shí)現(xiàn)了Ⅰ，Ⅱ象限內(nèi)的運(yùn)行；電路2實(shí)現(xiàn)了Ⅲ，Ⅳ象限內(nèi)的運(yùn)行；電路1和電路2可以通過輔助開關(guān)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。每一個(gè)電路都是由一只主電感L和兩只開關(guān)及輔助元件所組成。假設(shè)主電感L足夠大，則通過它的電流iL可認(rèn)為是一常數(shù)。源電壓V1和負(fù)載電壓V2通常是恒定的，如：令V1=42V，V2=±28V[7－9]。
它的4種運(yùn)行模式如下：
圖1四象限D(zhuǎn)C／DC零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振羅氏變換器
（a）電路1（Ⅰ，Ⅱ象限內(nèi)運(yùn)行）（b）電路2（Ⅲ，Ⅳ象限內(nèi)運(yùn)行）
| 電路//開關(guān)或二極管 | 模式A（象限－Ⅰ） | 模式B（象限－Ⅰ）Ⅱ | 模式C（象限－Ⅲ） | 模式D（象限－Ⅳ） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | |
| 電路 | 電路1 | 電路2 | ||||||
| S1 | 通 | 通 | ||||||
| D1 | 通 | 通 | ||||||
| S2 | 通 | 通 | ||||||
| D2 | 通 | 通 | ||||||
表2不同頻率時(shí)的實(shí)測結(jié)果
| 模式 | f/(kHz) | Lr1=Lr2/(μH) | Cr/(μF) | I1/(A) | I0/(A) | IL/(A) | PI/(W) | P0/(W) | η/(％) | PD/[W/(in)3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 20.5 | 1 | 4 | 16.98 | 25.00 | 25 | 713.0 | 700.0 | 98.2 | 17.66 |
| A | 21.0 | 1 | 4 | 17.40 | 25.00 | 25 | 730.6 | 700.0 | 95.8 | 17.88 |
| A | 21.5 | 1 | 4 | 17.81 | 25.00 | 25 | 748.0 | 700.0 | 93.5 | 18.10 |
| B | 16.5 | 1 | 4 | 25.00 | 16.40 | 25 | 700.0 | 688.8 | 98.4 | 17.36 |
| B | 17.0 | 1 | 4 | 25.00 | 16.20 | 25 | 700.0 | 680.4 | 97.2 | 17.25 |
| B | 17.5 | 1 | 4 | 25.00 | 15.97 | 25 | 700.0 | 670.1 | 95.8 | 17.13 |
| C | 19.0 | 1 | 4 | 16.17 | 23.82 | 35 | 679.1 | 667.0 | 98.2 | 16.83 |
| C | 19.3 | 1 | 4 | 16.42 | 23.64 | 35 | 689.7 | 662.0 | 96.0 | 16.90 |
| C | 19.5 | 1 | 4 | 16.59 | 23.53 | 35 | 696.8 | 658.8 | 94.5 | 16.95 |
| D | 40.0 | 1 | 4 | 24.05 | 15.64 | 35 | 663.4 | 656.8 | 97.5 | 16.50 |
| D | 40.3 | 1 | 4 | 24.23 | 15.49 | 35 | 678.5 | 650.6 | 95.9 | 16.60 |
| D | 10.5 | 1 | 4 | 24.35 | 15.40 | 35 | 681.8 | 646.7 | 94.8 | 16.61 |
表1開關(guān)狀態(tài)（空白表示關(guān)斷）
圖2模式A運(yùn)行
(a)等效電路（b）波形圖
（1）模式A（象限I）：電能由V1端傳向V2端；
（2）模式B（象限II）：電能由V2端傳向V1端；
（3）模式C（象限Ⅲ）：電能由V1端傳向－V2端；
（4）模式D（象限Ⅳ）：電能由－V2端傳向V1端。
每種模式都有兩個(gè)狀態(tài)：“通”狀態(tài)和“斷”狀態(tài)，其開關(guān)狀態(tài)如表1所示[6，7，9]：
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