一种隔离型双向软开关DC／DC变换器

2 开关过程分析

以正向工作模式为例，一个完整的开关周期可分为12个开关过程，如图3所示，to时刻前S1和S2导通。

过程1(to～t1)：to时刻，S1关断。由于电容Cs1的作用，S1在零电压(ZVS)下关断。在变压器漏感Lσ1的作用下，变压器原边电流ip继续按原方向流动，给Cs1充电，同时Cs2放电。

过程2(t1～t2)：t1时刻，S3关断，由于Cs3的作用S3ZVS关断。此时Cs3充电，Cs4放电。

过程3(t2～t3)：t2时刻，Cs2两端的电压降为零，Ds2正偏导通，为S2的导通创造了ZVS条件。此时，流经电感L1的电流iL1增长而ip逐渐下降，但ip仍然大于iL1变压器副边电压极性保持不变，为维持整个回路的电压和为零，Lσ1上承受的电压是变压器原边电压与C2上的电压之和。

过程4(t3～t4)：t3时刻，Cs4两端的电压降至零，Ds4导通，此时S4可在ZVS条件下导通。此时，变压器副边电压极性改变，电感电流iL2开始下降。

过程5(t4～t5)：t4时刻，电感电流iL1大于变压器原边电流ip，S2ZVS导通，Ds2零电流(ZCS)关断。当ip(或iL2)降至零时，电流方向改变。

过程6(t5～t6)：t5时刻，iL2大于变压器副边电流is，S4ZVS导通，Ds4ZCS关断。

过程7(t6～t7)：t6时刻，S2在Cs2的作用下ZVS关断，Cs2开始充电而Cs1放电。

过程8(t7～t8)：t7时刻，S4ZVS关断。Cs4充电，Cs3放电。

过程9(t8～t9)：t8时刻，Cs1两端的电压降为零，Ds1导通，为S1的ZVS导通创造条件。此阶段iL1下降而iu上升。

过程1O(t9～t10)：t9时刻，Cs3两端电压降为零，Ds3导通，此时S3可以实现ZVS开通。变压器副边电压极性再次发生改变，且iL2开始增长。当iL2(或ip)增至零时，电流再次改变方向。

过程l1(t10～t11)：t10时刻，变压器原边电流ip大于电感电流iL1,S1ZVS开通，DslZCS关断。

过程12(t11～t12)：t11时刻，副边电流is小于电感电流iL2,S3ZVS开通同时Ds3ZCS关断。一个完整的开关周期结束。

需要特别指出的是：当变换器的负载比较大或输出的电感电流纹波较小时，Ds4导通时间较长，因而S4通常不需要触发。如果选用合适电感L2，Ds4同样可以在零电流的情况下自然关断，这样可以减小反向恢复电流带来的损耗和电磁干扰。

电路处于反向工作模式时，其开关过程与正向工作模式类似。

3 试验结果

为进行实验研究，研制了一台双向DC／DC软开关变换器。试验样机的各项参数如下。

图3、4分别显示了在不同负载下，各开关元件的门极驱动信号和相应的C、E两端电压以及变压器副边的电压波形。通过对波形进行分析，不难发现：在门极驱动信号Vge变正前，开关元件C、E之间电压Vce已经降为零，表明了在不同的负载条件下S1、S2、S3能够实现零电压开通。这主要是因为反并联二极管的预先导通，使即将触发导通的开关元件在得到在门极驱动信号之前，C、E两端电压已经降为零，因此实现了零电压导通。ZVS导通不仅减小了元件的开关损耗，提高了变换器的效率，并且降低了元件承受的电磁应力，保证了开关元件的安全运行，而且还减少了电磁干扰，有利于提高变换器的电磁兼容性。

4 结 论

本文提出了一种结构对称的隔离型双向DC／DC变换器拓扑。该变换器的所有开关元件和二极管都能够实现软开关，降低了开关损耗和电压、电流应力以及电磁噪声。试验结果表明，该变换器具有以下特点：

1)在没有增加任何附加元件的前提下，所有的开关管都能够零电压导通，克服了传统的移相全桥等电路中的滞后桥臂软开关范围受负载大小制约的限制，实现了较大范围的ZVS开关。

2)解决了Boost电路中二极管的反向恢复问题，保证了二极管在电流为零(ZCS)的情况下自然关断。