一種新型的零電壓開關(guān)雙向DC-DC變換電源

此階段電流電壓波形如圖4所示。等效電路如圖5所示。對電路的分析可按以下幾個階段進行，其中電流iLk的波形非常重要，它等于變壓器右側(cè)的電流iT2。

圖4　能量從低壓向高壓流動時變壓器右側(cè)電壓、電流波形

圖5　能量從低壓向高壓傳送過程中各階段等效電路

階段1：t1～t2。M1，M2，S3導(dǎo)通，由于S1內(nèi)部二極管DS1和S3的導(dǎo)通，使變壓器右側(cè)c，d兩點短路，變壓器右側(cè)和iLk相關(guān)的等效電路如圖5a所示。電流iLk值如式(1)所示，電感Lk儲能，儲能時間可通過S3導(dǎo)通的時間進行控制。

式中：UT2為變壓器右側(cè)電壓幅值。

階段2：t2～t3。在t2時刻S3關(guān)斷，經(jīng)短暫的延時后，對S4加觸發(fā)脈沖，但S4并不立即導(dǎo)通。此時電感電流iLk經(jīng)S1，S4內(nèi)部二極管對電容C2進行充電，電流表達式如式(2)所示，等效電路如圖5b所示。

式中：U2為高壓側(cè)的直流輸出電壓值。

值得注意的是，階段1和階段2構(gòu)成了一個電壓提升工作方式，改變S3門極脈沖的占空比，可調(diào)節(jié)變壓器右側(cè)，即高壓側(cè)的輸出電壓，根據(jù)電壓提升電路的特性UT2和U2之間有式(3)所示的關(guān)系。

式中：D為占空比，即S3在M1，M4導(dǎo)通階段所占的比例；ton=t2-t1；T為iLk的半周期。

階段3：t3～t4。在t3點M1，M4關(guān)斷，此時iLk迅速回落，iLk的變化如式(4)所示，式(4)中Td為死區(qū)時間，等效電路如圖5c所示。

階段4：t4～t5。在t5點M2，M3，S4導(dǎo)通，此時反向重復(fù)階段1的過程。

高壓向低壓側(cè)傳送能量的過程當(dāng)能量從高壓向低壓方向傳送時，要求S1～S4處于逆變狀態(tài)，M1～M4處于提升狀態(tài)，對開關(guān)器件的門控信號作和上述相同的設(shè)定，要求對開關(guān)器件的門極加如圖6所示的控制信號。流過變壓器的電流波形和變壓器兩端的電壓波形和圖4波形的形狀基本相同。

圖6　能量從高壓向低壓流動時的門極控制脈沖

零電壓開關(guān)分析

為實現(xiàn)開關(guān)器件的軟切換，減小開關(guān)過程中的電壓和電流值，盡量使開關(guān)切換在接近零電壓時進行，因此在逆變器開關(guān)換流時，設(shè)置了死區(qū)Td。在圖2所示電路中，當(dāng)能量從低壓向高壓傳送時，在M1從導(dǎo)通向截止換流，M2由截止向?qū)〒Q流時，中間設(shè)置死區(qū)Td，如圖7所示。考慮到電容Cs1=Cs2，因此，換流期間可以認為UCM1+UCM2=UCM3+UCM4維持不變，等于U1。由于M1關(guān)斷，CM1充電，電壓UCM1從0開始上升，而UCM2放電，電壓從U1下降，升、降值相同，維持和不變。因此，CM1的充電電流為iT1/2，CM1充電到電壓U1時，CM2放電到0V。如果繼續(xù)對CM1充電，CM2將被反向充電，DM2會導(dǎo)通。此時為M2的零電壓開通提供了條件。對CM1的充電是在iT1的作用下進行的，根據(jù)電容充電過程中電流、電壓和時間之間的關(guān)系可得