一族新颖的ZCS

1、一族新颖的ZCS-PW变换器的研究摘要：分析了一个新的零电流开关（zcs单元电路的特性。基于这个 zcs的单 元电路，构建了一个新的ZCS的Boost电路，并对他们的工作机理进行了分 析，而且在这个ZCS单元电路的基础上构建出更多的 ZCS变换器。实验和仿真 结果验证了理论分析。关键词： 单元电路；零电流开关；升压电路；变换器0 引言在中功率开关变换器中，为了提高功率密度，通常都采用提高开关频率的 方式。但是随着频率的提高，开关损耗也增加，因此必须采用软开关技术来降 低开关损耗。准谐振变流器可以工作在高开关频率和软开关状态下。但是，这 一类零电流开关谐振技术也受到大电流、高电压或者频率调制的影

2、响。可以在 谐振电路中增加辅助开关和辅助的无源元件 , 实现恒频控制，降低电流和电流应 力。但是，这一类电路的主要缺点就是主开关的电流应力比较高，导通损耗较 大。本文提出一种新的ZCS-PW单元电路。通过将谐振回路按照不同的方向分 开，从而强制谐振电流不在所有的开关器件中流通，以降低电流应力。1新型ZCS-PWI工作机理分析图1所示为传统的ZCS-PW变换器的基本单元及其对应的 ZCS-PWM Boost 变换器。为了降低主开关管的电流应力，如图 2 所示，在传统单元电路的基础 上，增加了辅助二极管DSi和CS2,在一个谐振周期中，谐振回路被分开了。只 有半个周期的谐振电流流过每个开关管，因此

3、减轻了S和S的电流应力。图3是在图2所示单元的基础上构建的ZCS-PWM Boos变换器。图4所示为图3所 示 Boost 电路的主要仿真波形。图 5 所示为该电路在一个工作周期中的各个工 作状态。变换器在一个开关周期内的各个工作模态分析如下。图1传统ZCS-PW电路和Boost变换器图2改进后的ZCS-PW单元电路图3基于新单元电路的ZCS- PWM Boost变换器图4图 3 中所示电路的电流电压仿真波形(a) 模式 1(t 0前)t 2 )(b)模式 2 (tti)(c)模式 3 (ti(d)模式 4 ( t2 t3)(e) 模式 5( t 3 t 4)(f) 模式 6( t 4 t 5

4、)(g) 模式 7( t 5 t 6)图5电路在一个开关周期的各种工作模式1) 0t主开关Si断开，D导通，输入电压Vn经输入电感Li向负载传递 能量。2) totiSi导通，电流由D转向Si, Si电流以V0/ Lr的速度增长。因为Lr 存在， Si 是零电流开通。3) tit2Si、D电流转换结束，Li由Vn充电储能。4) t 2t3在t 2时刻，辅助开关S2导通，由C和Lr构成谐振电路，当谐振 进行到i/2周期时，C上的电压等于Vn，流经S2中的电流is2为0。因为DS2的 存在,S2为零电流关断。5) t3t4在下半个谐振周期开始时，谐振电流流经 Si和DSi，流经S的电 流i si开

5、始减小。6) t4t5当流经DSi的谐振电流大于lin时，S的体二极管导通，S实现零 电流关断。7) t5t6当谐振电流减小至lin时，Si的体二极管关断，Li以恒流lin对C 进行充电，当C上的电压达到Vn + Vo时，DSi关断。之后，又开始下一个周期的工作。新的ZCS-PWM Boos变换器族基于前面提出的ZCS-PW单元电路和Boost变换器，按照单元电路在Boost电路中不同的位置构建不同 ZCS-PWM Boos变流器。图6所示的Boost 电路就是由图3所示的Boost电路衍生出的一族ZCS-PWM Boos电路。图6中 所示的单元电路的工作机理同样也可以用上述方法进行分析。通过

6、分析可以看 出，这 4 个结构的工作步骤与图 3 类似，通过在 Boost 电路上增加新型的辅助 电路，在一个谐振周期中，把谐振回路分成两个部分，这样流过每个开关管的 谐振电流只有半个周期，因此减轻了 S和S2的电流应力，同时也减小了整个电 路的损耗。因为这些电路都是基于 Boost 电路进行构架，而且仅仅在结构上有 所不同，电路整个周期的工作原理相同，于是把这 5 个电路归纳为同一族 ZCS- PWM Boost电路。(a) 衍生电路之 1(b )衍生电路之 2(c)衍生电路之3(d )衍生电路之4图6带有一个电感的 ZCS-PWM boos转换器3实验结果为了验证理论分析，进行了实验。按照

7、图 3 中提出的 Boost 变换器，构建 了一台1kW的DC/DC样机。输入为DC 90150V,输出为DC 375V 开关频率为 95kHz。如图7所示，在输入电压为90V时所测得的电流波形与图4的仿真波形 相吻合。图 7 中所示的流经开关的电流波形和整流二极管的电压波形，与驱动信号相吻合。样机的效率如图 8 所示。为了说明新的变换器的优点，与传统的(a) vgs2 与 i gs2 波形形ZCS-PW变换器（图1）进行了比较。(b) Vgsl 与 i gsl 波(C)i D1与Vdi波形图 7 实验波形图 8当输入为 150V 时传统电路和改进电路的效率表1为主要器件的参数，在满负载情况下，改进型 ZCS电路的效率提高了 1.5 。表 1 为电路中所使用的器件列表。表1电路中的主要元器件改进电路传统电路1 SIRG4PC50S2IRG4PC40Lr14卩HCr22 nFDsiMUR860/Ds2MUR860/D2X MUR860 seriesconnection4结语本文介绍了一族新型的单元电路。此单元电路能够降低流过器件的谐振电流，从而降低了开关管的导通电流。在此ZC