零转换PWM DC-DC变换器的拓扑综述

图5

　　ZVT-PWM变换器能实现在ZVS下开通，消除导通损耗，但却不能有效地减小关断损耗。而普通的ZCT-PWM变换器[8]，如图5所示，则能实现主开关在ZCS下关断，消除关断损耗。但是，其辅助开关仍然是硬开关，而且，其输出整流二极管存在严重的反向恢复问题，导致大的导通损耗。虽然通过改变控制策略，使辅助开关导通时间更长一些，可以实现辅助开关管在ZCS下关断，但辅助开关管的峰值电流将较大。

3.2　改进拓扑之一

　　文献[9]提出了一种改进的ZCT-PWM变换器。该改进的拓扑只是将谐振网络的辅助开

和嵌位二极管

交换位置，能实现所有的开关管在ZCS下通断，并减小了辅助开关管的峰值电流。但它的整流二极管

仍存在严重的反向恢复问题。

3.3 改进拓扑之二

　　文献[10]介绍了一种新颖的ZCT-PWM变换器，它很好地解决了以上所提的各项缺点，如图6所示。与图5的普通ZVT-PWM变换器相比，该改进的拓扑在元器件数量方面没有增减，只是改变了组合方式，但同时实现了主开S和辅助开关管

的软通断，并解决了输出整流二极管

严重的反向恢复问题。以下对其工作过程进行分析。

图6

　　在分析中，假设与1.2基本相同，并设初始状态为：主功率开关管S及辅助开关管

均为关断状态，输出整流二极管

处于导通状态。

，则电路在稳态时，每个开关周期可划分为8个模态：

可见，该拓扑实现了所有开关管和输出整流二极管

都在较小的

下软开通，在ZCS下关断，而且在主开关管S上没有附加的电流应力和导通损耗，大大减小了输出整流二极管的反向恢复电流。


4　ZCZVT-PWM变换器

　　近些年，一些电力电子研究中心的工程师们正尽力寻求一种最优化的软开关技术，即用尽量少的辅助元件，实现功率半导体器件同时在零电压和零电流下转换，综合ZVT-PWM变换器和ZCT-PWM变换器的优点，进一步完善零转换条件。文献[11]所介绍一种新颖的 ZCZVT-PWM变换器，就能实现主开关管同时在零电压和零电流下转换，如图7所示。以下对其工作过程进行分析。

图 7

　　在分析中，假设与1.2基本相同，并设初始状态为：主功率开关管S及辅助开关管

均为关断状态，输出整流二极管D处于导通状态，

，则电路在稳态时，每个开关周期可划分为14个模态：

　　可见，该拓扑结构实现了主开关管S同时在零电压和零电流条件下开通和关断，辅助开关管

在零电流条件下开通，零电压和零电流条件下关断，输出整流二极管D在零电压下转换，从而既综合了ZVT-PWM变换器和ZCT-PWM变换器的优点，又克服了它们各自的缺点，大大减小了开关损耗。


5　总结

　　零转换PWM DC-DC变换器是低电压（电流）应力、高效率的变换器，但传统的零转换PWM DC-DC变换器仍存在一些问题。为了解决这些问题，人们提出了许多新的改进拓扑。本文对三种改进的ZVT-PWM变换器、一种改进的ZCT-PWM，以及一种新颖的ZCZVT-PWM作了详细介绍和分析。这几个改进的拓扑都实现了所有开关管的软通断，进一步减小了开关损耗，效率大为提高，很值得进一步研究和完善。


参考文献

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[10]Min-Kwang Lee,Dong-Yun Lee and Dong-seok Hyum, “New zero-current-transition PWM DC/DC converters without current stress”,IEEE,2001,pp:1069~1074.

[11]C. M. de O. Stein and H. L. Hey, “A true ZCZVT commutation cell for PWM converters”, IEEE, Trans. On Power Electronics ,　Vol. 15,No.1. 2000:185~193.