一种新型的零电压开关双向DC-DC变换电源

此阶段电流电压波形如图4所示。等效电路如图5所示。对电路的分析可按以下几个阶段进行，其中电流iLk的波形非常重要，它等于变压器右侧的电流iT2。

图4　能量从低压向高压流动时变压器右侧电压、电流波形

图5　能量从低压向高压传送过程中各阶段等效电路

阶段1：t1～t2。M1，M2，S3导通，由于S1内部二极管DS1和S3的导通，使变压器右侧c，d两点短路，变压器右侧和iLk相关的等效电路如图5a所示。电流iLk值如式(1)所示，电感Lk储能，储能时间可通过S3导通的时间进行控制。

式中：UT2为变压器右侧电压幅值。

阶段2：t2～t3。在t2时刻S3关断，经短暂的延时后，对S4加触发脉冲，但S4并不立即导通。此时电感电流iLk经S1，S4内部二极管对电容C2进行充电，电流表达式如式(2)所示，等效电路如图5b所示。

式中：U2为高压侧的直流输出电压值。

值得注意的是，阶段1和阶段2构成了一个电压提升工作方式，改变S3门极脉冲的占空比，可调节变压器右侧，即高压侧的输出电压，根据电压提升电路的特性UT2和U2之间有式(3)所示的关系。

式中：D为占空比，即S3在M1，M4导通阶段所占的比例；ton=t2-t1；T为iLk的半周期。

阶段3：t3～t4。在t3点M1，M4关断，此时iLk迅速回落，iLk的变化如式(4)所示，式(4)中Td为死区时间，等效电路如图5c所示。

阶段4：t4～t5。在t5点M2，M3，S4导通，此时反向重复阶段1的过程。

高压向低压侧传送能量的过程当能量从高压向低压方向传送时，要求S1～S4处于逆变状态，M1～M4处于提升状态，对开关器件的门控信号作和上述相同的设定，要求对开关器件的门极加如图6所示的控制信号。流过变压器的电流波形和变压器两端的电压波形和图4波形的形状基本相同。

图6　能量从高压向低压流动时的门极控制脉冲

零电压开关分析

为实现开关器件的软切换，减小开关过程中的电压和电流值，尽量使开关切换在接近零电压时进行，因此在逆变器开关换流时，设置了死区Td。在图2所示电路中，当能量从低压向高压传送时，在M1从导通向截止换流，M2由截止向导通换流时，中间设置死区Td，如图7所示。考虑到电容Cs1=Cs2，因此，换流期间可以认为UCM1+UCM2=UCM3+UCM4维持不变，等于U1。由于M1关断，CM1充电，电压UCM1从0开始上升，而UCM2放电，电压从U1下降，升、降值相同，维持和不变。因此，CM1的充电电流为iT1/2，CM1充电到电压U1时，CM2放电到0V。如果继续对CM1充电，CM2将被反向充电，DM2会导通。此时为M2的零电压开通提供了条件。对CM1的充电是在iT1的作用下进行的，根据电容充电过程中电流、电压和时间之间的关系可得