谐振复位双开关正激变换器的研究

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1、谐振复位双开关正激变换器的研究

2、第1摘要：推荐了一种谐振复位双开关正激型DC/DC变换器。它不仅克服了谐振复位单开关正激变换器开关电压应力大和变换效率低的缺点，而且具有占空比可以大于50％的优点。因此，该变换器可以应用于高输入电压、宽变化范围、高效率要求的场合。对该拓扑的工作原理和特性进行了详细的描述。最后通过实验证实了该拓扑的上述优点。1概述谐振复位单开关正激变换器，如图1所示，是一种结构比较简单、应用十分广泛的DC/DC变换器。它通过谐振电容Cr上的电压对变压器进行复位，该复位电压可以大于输入电压，因此，该变换器的占空比可以大于50％，适合于

3、宽输入范围的场合。但和通常的单开关正激变换器一样，它的开关电压应力比较大，是输入电压的2倍左右，用于较高输入电压的场合有一定的困难。另外，每次开关S开通之前，Cr上电压为输入电压，在S开通时，不仅将S的寄生电容上的能量CossVin2/2消耗在开关上，同时也将Cr上的能量CrVin2/2消耗在S上。而Cr又是外并的谐振电容，其值可能远远大于开关的寄生电容，所以，可以认为该变换器的等效开关损耗大大增加，效率将会受到严重影响。500)this.style.ouseg(this)">图1谐振复位单开关正激变换器Fig.1Resonantresetsin

4、gles为激磁电感。为简化分析，输出电容Co被认为无穷大而以恒压源Vo代替，并假定电路已经进入稳态。500)this.style.ouseg(this)">图2谐振复位双开关正激变换器Fig.2Resonantresetduals和谐振电容Cr谐振，在Cr上产生的谐振电压按正弦变化上升，该谐振电压同时对变压器进行复位，谐振电流流过S3的体二极管，如图3(c)和图4所示。4）阶段4〔t3，t4〕t3时刻，S3的门极驱动信号vgs3变高，S3在零电压条件下开通，Lm和Cr继续谐振，Cr上的正弦谐振电压继续对变压器进行复位，谐振电流流过S3，如图3(d

5、)和图4所示。5）阶段5〔t4，t5〕如图3(e)和图4所示，Cr上的电压谐振到零后，激磁电流就流经S2的体二极管，而S3仍然导通，这时变压器原边的电压为零，激磁电流保持不变。副边仍然是DR1截止，DR2导通，电感电流继续下降。6）阶段6〔t5，t6〕如图3(f)和图4所示，S3在t5时刻关断，激磁电流对Coss3进行充电，vds3一大于零，副边整流二极管DR1就导通，激磁电流流向变压器副边，但它不足以维持负载电流，所以续流二极管仍然导通。由于DR1及DR2都导通，变压器上的电压被箝在零，激磁电流保持不变。而开关S1上的电压被箝在Vin，S2上的

6、电压则为零。500)this.style.ouseg(this)">(a)Stagel[t0,t1](b)Stage2[t1,t2](c)Stage3[t2,t3]500)this.style.ouseg(this)">(d)Stage4[t3,t4](e)Stage5[t4,t5](f)Stage6[t5,t6]图3各阶段等效电路500)this.style.ouseg(this)">图4主要工作波形t6时刻，S1及S2同时开通，其中S2是零电压开通，而Coss1上的电荷通过S1迅速放完，电路进入到下一开关周期的阶段1，负载电流流过DR1。由以

7、上分析可以看到，开关S1及S3的电压应力均为输入电压Vin，而S2的电压应力则是复位电压。3特性分析根据以上的分析可以看出，S1及S3为一对互补开关，两者寄生输出电容上的电压vds1与vds3之和等于输入电压Vin。因此，当其中vds1（或vds3）等于零时，vds3（或vds1）就等于Vin，可见开关S1及S3的电压应力均为输入电压。开关S2的源漏间并联了谐振电容Cr，其值远大于S2的寄生输出电容Coss2，所以，Cr上的电压就是S2所要承受的电压。在S1及S2关断后，激磁电感Lm和谐振电容Cr开始谐振，在Cr上产生一正弦电压对变压器进行磁复位

8、。因此，开关S2的电压应力就是该复位电压的峰值。可见，该变换器的开关电压应力和单开关正激变换器相比要小得多。该变换器的另一优点是可以工作在占空比大于50％的状态下。如图4所示，当主开关S1及S2同时导通，辅助开关S3截止时，加在变压器原边的电压为正，大小等于输入电压。当主开关S1及S2同时截止，辅助开关S3导通时，Lm和Cr谐振在Cr上产生的电压对变压器进行磁复位。通过选择较小的Cr值，该复位电压可以大于输入电压，使得变压器的复位时间小于正向导通时间，从而得到一个大于50％的占空比。这样的好处是既可以减小变换器一次侧的导通损耗，又可以减小二次侧整

9、流二极管的电压应力。此外，由于Cr上的电压谐振到零之后，主开关S2才开通，所以谐振电容不会带来额外的损耗，相反使得S2实现了零电压开通，