谐振复位双开关正激变换器的研究

    关键词：谐振复位;双开关;正激变换器

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。

双开关正激变换器克服了主开关电压应力大的缺点，它每个开关的电压应力等于输入电压，是单开关正激的一半左右，适用于高压输入场合。而且双开关正激变换器是利用输入电压给变压器进行复位，结构上也比较简单，激磁能量和漏感能量回馈到输入侧，转换效率比较高。因此，这种双开关正激DC/DC拓扑被广泛地应用于工业界，不仅仅是高压输入场合。但是，这种双开关正激变换器有它的突出缺点，即只能工作在占空比小于50％的状态，所以，不适合用在变换范围非常宽的场合。

本文推荐了一种谐振复位双开关正激变换器，它综合了单开关谐振正激和双开关正激的优点，不仅可以工作在占空比大于50％的状态，而且又采用双开关结构，大大减小了开关的电压应力。因此，该变换器适用于高电压输入、宽变化范围的场合。
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2 工作原理

谐振复位双开关正激变换器的电路如图2所示。图2中Coss1，Coss2，Coss3分别为开关S1，S2，S3的寄生输出电容，Cr为谐振电容，它并联在S2的漏源极之间，因Cr远大于开关管的寄生电容，所以Coss2可以忽略。Lm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。

该变换器的一个开关周期可以分为6个工作阶段，分别如图3的6个等效电路所示。相应的工作波形如图4所示，其中t1－t3为死区时间td1，t5－t6为死区时间td2，这些时间实际上非常短，在图中为了更清楚地表述，将他们画得比较大。6个工作阶段的工作原理分别描述如下。

1）阶段1〔t0，t1〕如图3（a）和图4所示，该阶段S1和S2同时导通，加在变压器原边上的电压为输入电压Vin，激磁电流线性上升。同时副边整流二极管DR1导通，续流二极管DR2截止，电感L上的电流iL线性上升。

2）阶段2〔t1，t2〕t1时刻，如图3(b)和图4所示，S1和S2同时关断，折算到原边的负载电流和激磁电流一起对Coss1充电，使Coss3放电，Coss3上的电压vds3迅速下降。由于谐振电容Cr较大，在这么短的时间内Cr上的电压几乎没有上升，近似为零。因此vT就近似等于vds3，也迅速下降。但此阶段变压器上的电压vT仍为正，所以副边DR1仍导通。

    3）阶段3〔t2，t3〕t2时刻vT下降到零时，副边二极管DR1就截止，DR2导通，iL通过DR2续流，在输出电压Vo的作用下线性下降。在原边，激磁电感Lm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)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。 《谐振复位双开关正激变换器的研究》