1 引言

目前，開關電源正朝著高頻、高效、環保等方向發展。與傳統拓撲結構相比，三電平變換器由于具有開關管電壓應力為輸入直流電壓的一半，適合輸入電壓較高的場合，輸出電壓諧波小等優點，從而備受關注。此外，伴隨著高頻化發展，出現了軟開關技術，并結合三電平產生了不同拓撲的DC/DC變換器。傳統ZVS半橋三電平DC/DC變換器輕載時滯后管難以實現ZVS，且開通損耗嚴重。ZVZCS變換器消除了ZVS三電平變換器零狀態時變壓器初級環流，減小了初級通態損耗，同時改善了占空比丟失問題，近年來得到了廣泛研究。

這里提出一種新型ZVZCS半橋三電平DC/DC變換器，其次級采用了一個簡單的無源筘位網絡，通過這個無源箝位網絡實現了超前橋臂在一定負載范圍內的ZVS和滯后橋臂的ZCS。

2 主電路工作原理

圖1為新型半橋三電平DC/DC變換器拓撲。

由圖1可見，次級采用的無源箝位網絡主要由箝位電容CA和二極管VDA1，VDA2，VDA3構成。變壓器次級中心抽頭通過VDA1連接到CA，將次級電壓箝位在一個較低的水平。Cs1，Cs2為等值的輸入分壓電容，VDc1，VDc2為箝位二極管，Css為飛跨電容，Llk為變壓器漏感，n為變比，VDR1～VDR4為整流二極管，Lf，Cf分別為濾波電感、電容，Uin，Uo為輸入、輸出直流電壓。采用移相PWM控制策略，工作波形如圖2所示。

為簡化分析，作如下假設：電路各器件均為理想元件；Lf足夠大，其電流不變；將Cf看作恒壓源。變換器在半個穩態開關周期內有9個工作模態，分析如下：

新周期開始前超前管VS1導通，負載電流通過整流二極管續流，a，b間電壓、次級電壓、初級電流分別為uab，urec，ip，此時uab=urec= 0，ip=0.

模態1（t1～t2） t1時刻，滯后管VS2導通，新周期開始。由于ip=0，VS2此時ZCS開通。uab=Uin/2，ip線性增加。由于ip仍小于負載電流Io折算到初級的值Io/n，VDR1～VDR4全部導通，urec為零，說明該模態中次級存在占空比丟失現象。

模態2（t2～t3） t2時刻，ip達到Io/n，VDR1，VDR4關斷，初級開始向負載傳遞能量。由于CA上電壓為零，VDR1，VDR4為ZVS關斷。同時VDA1導通，輸入部分能量通過Ilk，VDA1向CA充電。記Uins（m2）為此模態中初級折算到次級的等效電壓，Llk（m2）為折算到次級的等效漏感，則CA的電流iCA電壓uCA，ip及urec分別為：

由于CA通過變壓器次級中心抽頭充電，urec=2uCA.t3時刻，uCA=Uo，VDA3導通，urec被箝位為2Uo.記UrecP為次級電壓峰值，則UrecP= 2Uo.

模態3（t3～t4）記uCA電壓峰值為UCAM，UCAM=Uo保持不變，Llk中的諧振電流經過VDA3流向Cf，iCA迅速減小為零，urec保持2Uo不變。t4時刻Llk電流諧振到零，VDA1，VDA3 ZCS關斷。

模態4（t4～t5） uCA仍保持UCAM不變，由于該模態下urec》Uo，VDA2不會導通，有ip（t）=Io/n，urec（t）=Uin/（2n）。

模態5（t5～t6） t5時刻，VS1 ZVS關斷，記電容C1，C4電壓分別為uC1，uC4，則UC1（t5）=0，UC4（t5）=Uin/2，ip向C1充電，C4放電，次級電壓和整流二極管電壓迅速減小，則有：

模態6（t6～t7）隨著urec的減小，整流二極管兩端電壓迅速下降，在t6時刻被箝位為UCAM，此時VDA2 ZVS導通，CA開始放電，ip下降。則有：

模態7（t7～t8）t7時刻，C1充電結束，C4放電結束，UC1（t7）=Uin/2，UC4（t7）=0，VDc1開通，將VS1的電壓箝位在Uin/2，uab減小至零，ip迅速復位，CA繼續向負載放電。有：

模態8（t8～t9） t8時刻，ip完全復位，VDR2和VDR3關斷。負載電流由CA提供，uCA逐漸減小到零，整流二極管上的電壓也逐漸減小。有：

模態9（t9～t10） t9時刻，CA放電結束，VDA2關斷（ZVZCS），Lf，Cf開始提供負載電流，VDR1～VDR4全部開通，負載電流通過整流二極管續流。

責任編：lq6