零转换PWMDC/DC变换器的拓扑综述

3.2 改进拓扑之一

文献[9]提出了一种改进的ZCT-PWM变换器。该改进的拓扑只是将谐振网络的辅助开关管S_a和嵌位二极管D_c交换位置，能实现所有的开关管在ZCS下通断，并减小了S_a的峰值电流。但它的整流二极管D仍存在严重的反向恢复问题。

3.3 改进拓扑之二

文献[10]介绍了一种新颖的ZCT-PWM变换器，它 很 好 地 解 决 了 以 上 所 提 到 的 各 项 缺 点 ， 如 图8所 示 。 与 图 7的 普 通ZCT-PWM变 换 器 相 比 ， 该 改 进 的 拓 扑 在 元 器 件 数 量 方 面 没 有 增 减 ， 只 是 改 变 了 组 合 方 式 ， 但 同 时 实 现 了 主 开 关 管 S和 辅 助 开 关 管S_a的 软 通 断 ， 并 解 决 了 输 出 整 流 二 极 管 D严 重 的 反 向 恢 复 问 题 。 以 下 对 其 工 作 过 程 进 行 分 析 。

图8 改进的ZCT-PWM变换器

在分析中的假定与2.2基本相同，并设初始状态为：S及S_a均为关断状态，D处于导通状态。i_D=i_Lr=I_i，v_Cr=V_o，则电路在稳态时，每个开关周期可划分为8个模态，相应的主要波形如图9所示。

图 9 工 作 波 形 图

模态1(t₀－t₁) 在t₀时刻，S开通，i_Lr，i_D线性下降，直到i_D=i_Lr=0，D关断，该模态结束；

模态2(t₁－t₂) 该模态类似于普通PWM Boost变换器的开通状态；

模态3(t₂－t₃) 在t₂时刻，S_a开通，C_r，L_r开始谐振，经过半个谐振周期，v_Cr=－V_o；

模态4(t₃－t₄) 在t₃时刻，D_a导通，S_a关断，C_r，L_r继续谐振，i_Lr反向增大，直到i_Lr=I_i，is=0，该模态结束；

模态5(t₄－t₅) 在t₄时刻，主开关管S的反向二极管导通；

模态6(t₅－t₆) 在t₅时刻，主开关管S关断；

模态7(t₆－t₇) 在t₆时刻，恒流源I_i给C_r充电，直到v_Cr=V_o，D导通，该模态结束；

模态8(t₇－t₈) 该模态类似于普通PWM Boost变换器的关断状态，直到t₈时刻，一个开关周期结束。

可见，该拓扑实现了所有开关管和输出整流二极管D都在较小的di/dt下软开通，在ZCS下关断，而且在主开关管S上没有附加的电流应力和导通损耗，大大减小了输出整流二极管的反向恢复电流。

4 ZCZVT-PWM变换器

近些年，一些电力电子研究中心的工程师们正尽力寻求一种最优化的软开关技术，即用尽量少的辅助元器件，实现功率半导体器件同时在零电压和零电流下转换，综合ZVT-PWM变换器和ZCT-PWM变换器的优点，进一步完善零转换条件。文献[11]所介绍一种新颖的ZCZVT-PWM变换器，就能实现主开关管同时在零电压和零电流下转换，如图10所示。以下对其工作过程进行分析。

图10 ZCZVT-PWM变 换 器

在分析中的假定与2.2基本相同，并设初始状态为：主功率开关管S及辅助开关管S_a均为关断状态，输出整流二极管D处于导通状态，v_CR2=V_o，则电路在稳态时，每个开关周期可划分为13个模态，相应的主要波形如图11所示。

图 11 工 作 过 程 波 形 图

模态1(t₁－t₂) 在t₁时刻，S_a开通，C_R1，L_R谐振，i_LR，v_CR1均增加，直到v_CR1=V_i，该模态结束；

模态2(t₂－t₃) 在t₂时刻，D_a2导通，i_LR继续增加，直到i_LR=I_i，此时D自然关断；

模态3(t₃－t₄) C_R2，L_R谐振，v_CR2减小，i_LR继续增加，直到v_CR2=0；

模态4(t₄－t₅) 在t₄时刻，D_s导通，L_R释放能量，i_LR减小，直到i_LR=I_i，该模态结束；

模态5(t₅－t₆) 在t₅时刻，S导通，当L_R完全释放能量时，i_LR=0，i_s=I_i，该模态结束；

模态6(t₆－t₇) C_R1，L_R通过S和D_a1开始半周期谐振，此时关断S_a；

模态7(t₇－t₈) 该阶段与普通Boost PWM变换器的开通状态一样；

模态8(t₈－t₉) 在t₈时刻，S_a开通，C_R1，L_R谐振，i_LR增加，i_s下降，直到i_LR=I_i，i_s=0；

模态9(t₉－t₁₀) 在t₉时刻，Ds导通，S关断，当i_LR再次达到I_i，D_s关断,该模态结束；

模态10(t₁₀－t₁₁) 在t₁₀时刻，C_R2，C_R1，L_R谐振，直到u_CR1=V_i，D_a2导通；

模态11(t₁₁－t₁₂) 在t₁₁时刻，C_R2，L_R继续谐振，直到i_LR=0，D_a1开通，D_a2关断；

模态12(t₁₂－t₁₃) 在t₁₂时刻，C_R2，C_R1，L_R谐振，当i_LR再次达到i_LR=0时，D_a1关断，此时关断Sa，该模态结束；

模态13(t₁₃－t₁₄) 输入电流I_i给C_R2充电，v_C2线性增加到V_o，此时D导通，进入下一个周期。

可见，该拓扑结构实现了主开关管S同时在零电压和零电流条件下开通和关断，辅助开关管Sa在零电流条件下开通，零电压和零电流条件下关断，输出整流二极管D在零电压下转换，从而既综合了ZVT-PWM变换器和ZCT-PWM变换器的优点，又克服了它们各自的缺点，大大减小了开关损耗。

5 结语

零转换PWMDC/DC变换器是低电压（电流）应力、高效率的变换器，但传统的零转换PWMDC/DC变换器仍存在一些问题。为了解决这些问题，人们提出了许多新的改进拓扑。本文对三种改进的ZVT-PWM变换器、一种改进的ZCT-PWM，以及一种新颖的ZCZVT-PWM作了详细介绍和分析。这几个改进的拓扑都实现了所有开关管的软通断，进一步减小了开关损耗，效率大为提高，很值得进一步研究和完善。