新型两相零电压转换PWM变换器的研究

(g) 模 态 7 (h) 模 态 8

(i) 模 态 9 (j) 模 态 10

图 5 D≤0.5时 的 各 开 关 模 态 的 等 效 电 路

1）模态1[t₀－t₁] 对应于图5（a），在t₀时刻S_r导通，谐振电感L_r中的电流从0开始线性上升，升压二极管D₁及D₂的电流开始减小。在t₁时刻电感L_r的电流上升到I_in1＋I_in2，升压二极管D₁及D₂的电流同时减小到0，D₁及D₂自然关断，模态1结束。

2）模态2[t₁－t₂] 对应于图5（b），在t₁时刻升压二极管D₁及D₂关断，L_r，C₁及C₂开始谐振。电感L_r中的电流继续上升，而电容C₁及C₂开始放电。i_Lr和v_C1（v_C2）分别为

i_Lr(t)=I_in1＋I_in2＋sinω_rr(t－t₁)

v_C1(t)=V_ocosω_rr(t－t₁)

式中：ω_rr=；

Z_rr=；

C_r=C₁=C₂。

在t₂时刻C₁及C₂的电压同时下降到0，电感L_r1中的电流为i_Lr(t₂)=I_in1＋I_in2＋，模态2结束。该模态持续的时间为t₁₂=。值得注意的是：当D≤0.5时，谐振电路的特征阻抗为D>0.5时的。相应地，谐振电感的初始电流是D>0.5时的2倍，谐振电流增大了倍。因此，辅助电路处理的功率约为D>0.5时的2倍。

3）模态3[t₂－t₃] 对应于图5（c），在t₂时刻D_s1及D_s2同时导通，电感L_r中的电流一部分流过I_in1和I_in2续流，另一部分流过D_s1和D_s2续流，此时开通S₁就是零电压开通。S₁的开通时刻应该滞后于S_r开通时刻。

4）模态4[t₃－t₄] 对应于图5（d），在t₃时刻S_r关断，i_Lr线性减小，在t₄时刻i_Lr减小到I_in1＋I_in2时，D_s1及D_s2同时关断，模态4结束。

5）模态5[t₄－t₅] 对应于图5（e），在该模态中i_Lr继续线性减小，S₁中的电流线性上升。在t₅时刻S₁中的的电流上升到I_in1，L_r中的电流减小到I_in2，模态5结束。

6）模态6[t₅－t₆] 对应于图5（f），在t₅时刻D_s1关断，L_r和C₂开始谐振，电感L_r中的电流继续减小，而电容C₂开始充电。i_Lr和v_C2分别为

i_Lr(t)=I_in2－sinω_r(t－t₅)

v_C2(t)=V_o(1－cosω_r(t－t₅))

式中：ω_r=；

Z_r=；

C_r=C₁=C₂。

假如I_in2，在t₆时刻i_Lr减小到零，模态6结束。

7）模态7[t₆－t₇] 对应于图5（g），在t₆时刻输入电流I_in2给电容C₂恒流充电到V_o。在t₇时刻，C₂的电压达到V_o，D₂导通，模态7结束。

8）模态8[t₇－t₈] 对应于图5（h），在该模态中主功率开关管S₁和升压二极管D₂导通工作，在t₈时刻，S₁关断，模态8结束。

9）模态9[t₈－t₉] 对应于图5（i），在t₈时刻关断S₁，输入电流I_in1给电容C₁恒流充电，C₁的电压从零开始线性上升，所以S₁是零电压关断。在t₉时刻C₁的电压达到V_o，此时升压二极管D₁自然导通，模态9结束。

10）模态10[t₉－t₁₀] 对应于图5（j），在该模态中D₁和D₂导通工作。在t₁₀时刻，辅助开关管S_r再次导通，开始另一半个开关周期的工作，其工作情况类似于上述的半个周期。

3 电路的基本特点

对于两相Boost ZVT PWM变换器工作在连续导电模式而言，当一个主二极管导通时，辅助电路开始工作，为相应的主开关管提供零电压开通和相应的二极管提供零电流关断。为了使辅助电路高效运行，当辅助电路开始工作时，某一相的有源开关应该处于导通状态。换句话说，占空比D应大于0.5。否则，如图4中所示的辅助电路处理的功率约为D>0.5时的两倍，因而增大了辅助电路的损耗。这种两相Boost ZVT PWM变换器适用于电压变换比大于0.5的场合。只用一个有源辅助开关就实现了两相主开关管和二极管的零电压开通和零电流关断，并且主开关管和升压二极管中的电压、电流应力与不加辅助电路一样。

4 谐振元件参数的设计

对于D>0.5的情况，根据上述原理分析知，要实现S₁的零电压开通，必须在S₁的反并二极管导通之后才能给S₁加栅极信号。为了保证ZVT开关的实现，S₁的开通时刻应该滞后于S_r开通时刻，滞后时间t_d必须满足

t_d>t₀₁＋t₁₂=＋ （1）

S₂的零电压开通条件与S₁一样。