3. 应用有源辅助电路的有源软开关拓扑
3.1 有源箝位软开关双正激变换器
文献[10]提出了一种有源箝位软开关双正激变换器如图8所示。通过在变压器的原边并联一个由Sa、Ca、Da构成的有源箝位网络,不仅可以箝位开关管的电压,还可以实现开关管和辅管的零电压开通。同时变压器励磁电流双向流动,提高了变压器磁芯的利用率。电路工作于准方波模式,可以进行恒频PWM控制,电磁兼容性好。
图8 有源箝位软开关双正激变换器
3.2 一种新型的有源箝位双正激变换器
为了减小变换器原边开关管和副边二极管的开关损耗和导通损耗,文献[11]提出了一种新型的有源箝位双正激变换器如图9所示,利用2个开关管Sa1、Sa2代替传统双正激电路原边的2个箝位二极管,同时加入一个箝位电容,实现主开关管和辅管的ZVS开通。该拓扑电路结构简洁,而且辅管Sa1、Sa2可以选用电压定额较低的开关管。该变换器适用于宽输入电压范围的中、低压场合,但是辅管的引入增加了电路控制的复杂性。
图9 一种新型的有源箝位双正激变换器
3.3 一种有源软开关双正激变换器
文献[12]提出了一种有源软开关双正激变换器如图10所示。辅助谐振网络的辅管可以零电流开通,ZVS关断,同时实现主开关管S1的零电压零电流开通、零电压关断和S2的零电流开通。该拓扑的缺点辅助电路结构比较复杂,开关管S2是硬关断,而且存在容性开通损耗。
图10 一种有源软开关双正激变换器
3.4 串联组合式ZVS双正激变换器
图11所示电路[13]是由两个ZVS双正激变换器串联组成。它可以实现主开关管的零电压开通和辅管的零电流开通、零电压零电流关断。在主开关管开通前超前导通辅管Sa1(或Sa2),通过Lr1(或Lr2)和Cr1(或Cr2)谐振,使谐振电容上的电压达到Vin/2,然后开通主开关管。由于该电路采用了带两个原边的变压器,所以它能实现磁芯的双象限工作和输入电容的自动均压,适合应用在高电压输入的大功率场合。但是副边整流二极管的电压为两倍的副边电压,因而限制了变换器在高输出电压领域的应用。
3.5 有源ZVT双正激变换器
文献[14]提出了一种有源ZVT双正激变换器如图12所示。其基本原理与图4所示的无源ZVT电路一样,也是通过比开关结电容大得多的谐振电容Cr限制开关电压上升速度,从而实现开关ZVS关断。与图4不同的是,谐振回路与主回路完全分开,在谐振网络中增加了谐振开关Sa,谐振电流不从下管中流过,因此不增加变换器主开关管的电流应力。而且通过在S1、S2开通之前很短的时间内超前开通谐振开关Sa,能够实现S1、S2的零电压开通。该带电路的缺点是Sa零电流开关,但为容性开通,而且这种变换器增加了电路的复杂性。
图12 有源ZVT双正激变换器
3.6 ZVT交错并联双正激组合变换器
文献[15]提出了一种ZVT交错并联双正激组合变换器,如图13所示,采用一套辅助电路实现整个组合变换器的主开关管的ZVS。辅助电路由两个开关管Sa1、Sa2、D5、D6有和谐振电容Cr组成,将变压器漏感和励磁电感作为谐振电感,减少了外加谐振电感带来的损耗。但是辅管是零电流开关,存在容性开通损耗。
图13 ZVT交错并联双正激组合变换器
3.7 ZCT双正激变换器
文献[16]提出了ZCT双正激变换器,如图14所示,在每个开关管旁并联一个谐振回路,在主开关管关断之前开通谐振开关,通过谐振回路的谐振,将主开关管的电流转移到谐振回路中,从而实现主开关管的零电流关断,谐振开关在谐振电流过零时自然关断。ZCT双正激变换器特别适合于以IGBT 作主开关管的应用场合,可以避免IGBT 关断时由拖尾电流引起的关断损耗。但是主开关管是硬开通,而且需要两个辅助开关和两套辅助电路,因此电路结构比较复杂。
图14 ZCT双正激变换器