諧振復(fù)位雙開關(guān)正激變換器的研究

t₆時(shí)刻，S₁及S₂同時(shí)開通，其中S₂是零電壓開通，而C_oss1上的電荷通過S₁迅速放完，電路進(jìn)入到下一開關(guān)周期的階段1，負(fù)載電流流過D_R1。

由以上分析可以看到，開關(guān)S₁及S₃的電壓應(yīng)力均為輸入電壓V_in，而S₂的電壓應(yīng)力則是復(fù)位電壓。

3 特性分析

根據(jù)以上的分析可以看出，S₁及S₃為一對(duì)互補(bǔ)開關(guān)，兩者寄生輸出電容上的電壓v_ds1與v_ds3之和等于輸入電壓V_in。因此，當(dāng)其中v_ds1（或v_ds3）等于零時(shí)，v_ds3（或v_ds1）就等于V_in，可見開關(guān)S₁及S₃的電壓應(yīng)力均為輸入電壓。

開關(guān)S₂的源漏間并聯(lián)了諧振電容C_r，其值遠(yuǎn)大于S₂的寄生輸出電容C_oss2，所以，C_r上的電壓就是S₂所要承受的電壓。在S₁及S₂關(guān)斷后，激磁電感L_m和諧振電容C_r開始諧振，在C_r上產(chǎn)生一正弦電壓對(duì)變壓器進(jìn)行磁復(fù)位。因此，開關(guān)S₂的電壓應(yīng)力就是該復(fù)位電壓的峰值。

可見，該變換器的開關(guān)電壓應(yīng)力和單開關(guān)正激變換器相比要小得多。

該變換器的另一優(yōu)點(diǎn)是可以工作在占空比大于50％的狀態(tài)下。如圖4所示，當(dāng)主開關(guān)S₁及S₂同時(shí)導(dǎo)通，輔助開關(guān)S₃截止時(shí)，加在變壓器原邊的電壓為正，大小等于輸入電壓。當(dāng)主開關(guān)S₁及S₂同時(shí)截止，輔助開關(guān)S₃導(dǎo)通時(shí)，L_m和C_r諧振在C_r上產(chǎn)生的電壓對(duì)變壓器進(jìn)行磁復(fù)位。通過選擇較小的C_r值，該復(fù)位電壓可以大于輸入電壓，使得變壓器的復(fù)位時(shí)間小于正向?qū)〞r(shí)間，從而得到一個(gè)大于50％的占空比。這樣的好處是既可以減小變換器一次側(cè)的導(dǎo)通損耗，又可以減小二次側(cè)整流二極管的電壓應(yīng)力。

此外，由于C_r上的電壓諧振到零之后，主開關(guān)S₂才開通，所以諧振電容不會(huì)帶來額外的損耗，相反使得S₂實(shí)現(xiàn)了零電壓開通，其本身的開關(guān)損耗也大大下降了。而S₃在導(dǎo)通之前是體二極管導(dǎo)通，即S₃也是零電壓開通的，開關(guān)損耗大大減小。因此，該變換器的轉(zhuǎn)換效率要比單開關(guān)諧振復(fù)位正激變換器高得多。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

一臺(tái)采用諧振復(fù)位雙開關(guān)正激DC/DC變換器拓?fù)涞膶?shí)驗(yàn)樣機(jī)，驗(yàn)證了該拓?fù)涞墓ぷ髟砗吞匦?。該樣機(jī)的規(guī)格和主要參數(shù)如下：

輸入電壓V_in 250V～400V；

輸出電壓V_o 54V；

輸出電流I_o 0～5A；

工作頻率f 70kHz；

主開關(guān)S₁及S₂ STP11NM60；

輔助開關(guān)S₃ IRF830；

整流二極管D_R1 HER1604PT；

續(xù)流二極管D_R2 B20200；

變壓器T n=40∶20，L_m=3mH，L_s=15μH；

濾波電感L₁ 30μH；

諧振電容C_r 200pF。

圖5是輸出4A時(shí)的主要實(shí)驗(yàn)波形。其中圖5(a)是輸入電壓為250V時(shí)，變壓器原邊的電壓波形，可以看出占空比為53％左右，證明該變換器可以工作在占空比大于50％的狀態(tài)。圖5(b)是輸入等于400V時(shí)，主開關(guān)S₁門極驅(qū)動(dòng)電壓和漏源間的電壓波形，其中漏源電壓正向平臺(tái)為400V，正好等于輸入電壓。圖5(c)是輸入等于400V時(shí)，主開關(guān)S₂門極驅(qū)動(dòng)電壓和漏源間的電壓波形，其中漏源電壓按正弦變化，其峰值為460V左右，該電壓對(duì)變壓器進(jìn)行復(fù)位。同時(shí)從圖中可以看出在門極電壓變高之前，v_ds2已經(jīng)諧振到零，S₂是零電壓開通的。圖5(d)是輸入等于400V時(shí)，輔助開關(guān)S₃門極驅(qū)動(dòng)電壓和漏源間的電壓波形，其中源漏電壓正向平臺(tái)也為400V。

圖6給出了該變換器在不同輸入電壓，不同負(fù)載電流下的轉(zhuǎn)換效率。最高效率達(dá)到了95.3％。

(a) v_T(V_in=250V)