四象限DC/DC零電流開關準諧振羅氏變換器
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摘要:零電流開關（ZCS）技術可以顯著地降低開關由導通轉向關斷時的功率損耗。然而，大多數(shù)文章中論述到的零電流開關變換器僅是單象限運行。本文介紹的四象限DC/DC零電流開關準諧振羅氏變換器是一種新型的可以在四個象限內運行、運用軟開關技術的零電流開關變換器，能夠有效地降低功率損耗，從而極大地提高功率傳輸效率。實驗測試結果驗證了文中的分析和計算。
本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/179616.htm關健詞：軟開關技術零電流開關準諧振變換器
Four Quadrant DC/DC ZCS Quasi Resonant Luo Converter
Abstract: Zero current switching (ZCS) technique significantly reduces the power losses across the switches during the switch on and off. Unfortunately, most of the papers discuss the converters only working at single quadrant operation. This paper introduces the four quadrant DC/DC zero current switching (ZCS) quasi resonant Luo Converter, which is a new type ZCS converter. It performs the soft switching technique with a four quadrant operation, which effectively reduces the power losses and largely increases the power transfer efficiency. The results obtained from analysis and design were compared and verified by practical test results.
Keywords: Soft switching technique,Zero current switching,Quasi resonant converter
中圖法分類號：TM92文獻標識碼：A文章編號：02192713(2000)0840506
1引言
經典DC/DC變換器的體積通常都很大，并且功率密度和功率傳輸效率均很低。雖然第一代羅氏變換器顯著地增大了電壓傳輸增益，提高了功率密度和功率傳輸效率，但是相對而言，其開關上的功率損耗仍然很大[1－8]。高功率密度的開關電感變換器已成功地應用于DC/DC變換器[7－9]中，但是在開關閉合和關斷的轉換期間，很大的電流和電壓所產生的交疊，會在變換器內部兩只開關上產生很大的功率損耗。
運用軟開關技術可以減少功率損耗[10－14]。然而大多數(shù)文章中論述到的這類變換器僅是單象限運行。本文介紹的新型四象限DC/DC零電流開關準諧振羅氏變換器，能夠有效地降低變換器的開關損耗，從而極大地提高功率傳輸效率。四象限DC/DC零電流開關準諧振羅氏變換器的電路如圖1所示。電路1實現(xiàn)了Ⅰ，Ⅱ象限內的運行；電路2實現(xiàn)了Ⅲ，Ⅳ象限內的運行；電路1和電路2可以通過輔助開關實現(xiàn)相互轉換。每一個電路都是由一只主電感L和兩只開關及輔助元件所組成。假設主電感L足夠大，則通過它的電流iL可認為是一常數(shù)。源電壓V1和負載電壓V2通常是恒定的，如：令V1=42V，V2=±28V[7－9]。
它的4種運行模式如下：
圖1四象限DC／DC零電流開關準諧振羅氏變換器
（a）電路1（Ⅰ，Ⅱ象限內運行）（b）電路2（Ⅲ，Ⅳ象限內運行）
| 電路//開關或二極管 | 模式A（象限－Ⅰ） | 模式B（象限－Ⅰ）Ⅱ | 模式C（象限－Ⅲ） | 模式D（象限－Ⅳ） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | 狀態(tài)—通 | 狀態(tài)—斷 | |
| 電路 | 電路1 | 電路2 | ||||||
| S1 | 通 | 通 | ||||||
| D1 | 通 | 通 | ||||||
| S2 | 通 | 通 | ||||||
| D2 | 通 | 通 | ||||||
表2不同頻率時的實測結果
| 模式 | f/(kHz) | Lr1=Lr2/(μH) | Cr/(μF) | I1/(A) | I0/(A) | IL/(A) | PI/(W) | P0/(W) | η/(％) | PD/[W/(in)3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A | 20.5 | 1 | 4 | 16.98 | 25.00 | 25 | 713.0 | 700.0 | 98.2 | 17.66 |
| A | 21.0 | 1 | 4 | 17.40 | 25.00 | 25 | 730.6 | 700.0 | 95.8 | 17.88 |
| A | 21.5 | 1 | 4 | 17.81 | 25.00 | 25 | 748.0 | 700.0 | 93.5 | 18.10 |
| B | 16.5 | 1 | 4 | 25.00 | 16.40 | 25 | 700.0 | 688.8 | 98.4 | 17.36 |
| B | 17.0 | 1 | 4 | 25.00 | 16.20 | 25 | 700.0 | 680.4 | 97.2 | 17.25 |
| B | 17.5 | 1 | 4 | 25.00 | 15.97 | 25 | 700.0 | 670.1 | 95.8 | 17.13 |
| C | 19.0 | 1 | 4 | 16.17 | 23.82 | 35 | 679.1 | 667.0 | 98.2 | 16.83 |
| C | 19.3 | 1 | 4 | 16.42 | 23.64 | 35 | 689.7 | 662.0 | 96.0 | 16.90 |
| C | 19.5 | 1 | 4 | 16.59 | 23.53 | 35 | 696.8 | 658.8 | 94.5 | 16.95 |
| D | 40.0 | 1 | 4 | 24.05 | 15.64 | 35 | 663.4 | 656.8 | 97.5 | 16.50 |
| D | 40.3 | 1 | 4 | 24.23 | 15.49 | 35 | 678.5 | 650.6 | 95.9 | 16.60 |
| D | 10.5 | 1 | 4 | 24.35 | 15.40 | 35 | 681.8 | 646.7 | 94.8 | 16.61 |
表1開關狀態(tài)（空白表示關斷）
圖2模式A運行
(a)等效電路（b）波形圖
（1）模式A（象限I）：電能由V1端傳向V2端；
（2）模式B（象限II）：電能由V2端傳向V1端；
（3）模式C（象限Ⅲ）：電能由V1端傳向－V2端；
（4）模式D（象限Ⅳ）：電能由－V2端傳向V1端。
每種模式都有兩個狀態(tài)：“通”狀態(tài)和“斷”狀態(tài)，其開關狀態(tài)如表1所示[6，7，9]：
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