基于三半桥拓扑的双向DC/DC变换器软开关条件研究

续线性增加直至t15时刻ir12= idc1，ir56在正电压的作用下也在线性增长，副边电流ir34= ir12+ir56也因此而线性增加。此模态下任一时刻内给S5加驱动信，即可实现S5的零电压(ZVS)开通。

⒃　模态16(t15～t16)

t15时刻，当原边电流ir12大于输入电感电流icd1时，开关管S1导通。副边电流ir34线性增加直至t16时刻ir34=0。

⒄　模态17(t16～t17)

t16时刻，当副边电流ir34由负过0时，电流由D4换流到S4中，S4导通。

⒅　模态18(t17～t18)

t17时刻S4关断，Cr3、Cr4与变压器Tr漏感谐振，Cr4充电，其电压不断升高，Cr3放电，其电压不断降低，电压变化率主要与t17时刻副边电流值ir34(t17)有关。当t18时刻Cr3端电压过0变负时，D3自然导通，在t17～t18期间S3可以零电压开通。此后，又回到模态1，电路又开始下一周期的模态循环。

根据以上分析可知，隔离式三半桥ＤＣ/DC变换变压器原副边，在一个开关周期的电压电流波形及开关管时序如图2所示。

图2正向模式下电流电压工作波形以及开关时序图

ＤＣ/ＤＣ变换器两侧拓扑结构的对称性，反相（Buck）模式的工作原理与正向（Boost)模式是相似的。这里就不赘述。

3 软开关条件

三半桥双向DC/DC变换器在正方向模式下的工作原理，和换流过程与单输入ZVS双半桥双向DC/DC变换器是相似的[4] 。开关器件关断时，会将其中通过的电流转移到相应的箝位电容中与变压器漏感谐振，与同一桥臂上两个开关管并联的箝位电容分别进行充电和放电，电压线性上升和下降，从而实现零电压关断。而零电压开通的实现，是通过使已施加正向驱动信号的开关管在反并联二极管导通时开通。

在Boost模式下开关管S4～S6零电压开关（ZVS）的实现，与开关管关断前时刻原副边电流的状态有关，由其工作原理分析可知，不同时刻电流要求如式（1）所示。

其中Ø13，Ø53分别为与电源Vin1，Vin2连接的两个组合式半桥拓扑单元，与输出侧电压型半桥拓扑单元驱动信号之间的移相角， Ø15为两个组合式半桥电路之间的移相角。

将函数fl到f6分别与控制变量Ø13，Ø53绘成三维图，低压侧开关管S1，S2和S5，S6的软开关条件受到Ø13，Ø53范围的限制。当Ø13取值较大，Ø13取值较小，或者两者同时都取较大值时，f1,2,4,5>0的条件就容易得到满足，这就意味着三半桥DC/DC变换器一个输入级电路开关管的软开关条件，要受到另一个输入级中控制变量的影响。高压侧开关管S3, S4在变换器输出功率整个可调范围内都能实现软开关。在实际工作中，为了对变换器所传输的无功功率进行限制，Ø13，Ø53可调范围都被限定在的范围内[5]。因此，要根据变换器两个输入级电路控制变量之间的相互影响，合理选取移相角Ø13，Ø53的值。

5 仿真验证

在进行了理论分析后，对上文三半桥DC/DC变换器在Boost和 Buck两种工作模式下的软开关条件进行仿真验证，

图3 和图4中，分别显示了三半桥DC/DC变换器在Boost和Buck两种工作模式下，低压侧和高压侧开关管电压和电流仿真波形。以Boost模式下低压侧开关管S5为例，在S5关断前，漏感电流Ir56达到正向最大值并且大于Idc2，Ids50 ，S5反并联二极管导通，S5关断时Vds5=0，实现了零电压关断。而在S5导通前，Ids5反向小于0，通过开关管的反并联二极管续流，并且在t时刻，Ids5从二极管换流到开关管S5中，实现了S5的零电压导通。同理，在Boost和Buck两种工作模式下，低压侧开关管S1、S2、S5、S6和高压侧开关管S3、S4均能实现零电压导通和关断(ZVS)。

图3　Boost模式下开关管电压和电流仿真波形

图4　Buck模式下开关管电压和电流仿真波形

6 结论

通过对三半桥DC/DC变换器在Boost和 Buck两种工作模式下工作原理的分析，得出了三半桥DC/DC变换器实现软开关的条件，并对软开关条件的范围进行了分析，得出了影响三半桥DC/DC变换器软开关条件的因素。

通过仿真验证，结论如下：

⑴ 三半桥DC/DC变换器在Boost工作模式下的软开关条件如式（1）所示。

⑵ 三半桥DC/DC变换器在Buck工作模式下的软开关条件如式（2）所示。

⑶ 三半桥DC/DC变换器，一个输入级电路开关管的软开关条件要受到另一个输入级中控制变量的影响，要根据变换器两个输入级电路控制变量之间的相互影响，合理选取移相角的值。

参考文献

[1] 严仰光，双向直流变换器.南京：江苏科学技术出版社，2004

[2] A. G. GANZ. A Simple, Exact Equivalent Circuit for the Three-Winding Transformer[J].IEEE transactions on component parts, 1962.6, pp: 212-213

[3] Jian Wang, Arthur