一、引言
推挽拓撲在升壓電路中得到了廣泛應用。在兩級結構的純正弦波輸出車(chē)載逆變電源中，該DC/DC變換器用來(lái)作前一級的升壓電路。利用串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，該升壓電路具有開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)損耗小，效率高等優(yōu)點(diǎn)，但由于輸入電壓低，輸出電壓高，故變壓器的損耗會(huì )較大。針對12V輸入、360V輸出的具體DC/DC變換器，提出一種雙變壓器軟開(kāi)關(guān)推挽電路，兩個(gè)推挽變換器的變壓器次級串聯(lián)，以實(shí)現串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)，并與單變壓器電路作比較分析。最后按照產(chǎn)品設計要求，分別研制了一臺雙變壓器和一臺單變壓器的變換器，并對該結構進(jìn)行了驗證。
二、變壓器串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)電路
1.主電路構成及工作原理圖1所示的軟開(kāi)關(guān)推挽電路中MOSFET開(kāi)關(guān)管和整流二極管均工作在零電壓開(kāi)通和零電流關(guān)斷條件下，不僅效率高，并且電路的重量輕，體積小，成本低，輸出電壓紋波小。應用于純正弦波輸出車(chē)載逆變電源中的推挽電路需要將12V蓄電池電壓升壓到逆變電路所需的360V中間直流母線(xiàn)電壓?？紤]到蓄電池電壓的波動(dòng)，為使變換器在10V的輸入電壓下正常工作，變壓器次級繞組和初級繞組的匝數比較大。這將導致出現變壓器初、次級耦合不夠緊密，損耗增大等問(wèn)題，最終造成效率下降。
圖1 單變壓器串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)推挽電路原理圖
為提高變換器效率，在上述電路基礎上，提出一種雙變壓器串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)電路拓撲，兩個(gè)推挽變換器的變壓器次級串聯(lián)，并且實(shí)現串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)，如圖2所示。該變換器包括4個(gè)MOSFET開(kāi)關(guān)管VT11，VT12，VT21，VT22、兩個(gè)變壓器、串聯(lián)諧振電路、輸出整流器、輸出濾波電容Co和負載R Lo旁路電容C11，C12，C21，C22利用MOSFET開(kāi)關(guān)管漏源極間的寄生電容，串聯(lián)諧振電感L利用變壓器次級的漏感。選擇串聯(lián)電路的諧振頻率為電路工作的開(kāi)關(guān)頻率。由于C0較大，故輸出電壓可看作近似恒定;諧振電路損耗忽略不計。令諧振電感電流i L 和諧振電容電壓u c 的初始值分別為i L0 和u C0，則i L 和u c
應滿(mǎn)足：
電路達到穩態(tài)后，開(kāi)關(guān)管導通時(shí)L-C串聯(lián)諧振電路的壓降為零。令開(kāi)關(guān)管從t o時(shí)刻開(kāi)始導通，則在導通階段，式(2)和式(3)可簡(jiǎn)化為：
圖2 雙變壓器串聯(lián)諧振軟開(kāi)關(guān)推挽電路原理圖
由上述分析可得圖3所示的電路理想工作波形。其中i ml ，i m2 分別為兩個(gè)變壓器的激磁電流。
圖3 雙變壓器軟開(kāi)關(guān)電路理想工作波形
(1)階段1[t 0 ，t 1 ] VT11，VT21 在零電壓條件下導通，VTl2，VT22關(guān)斷,通過(guò)L，C諧振，當流過(guò)VT11，VT21的電流諧振到零時(shí)，VT l1 ，VT 21 實(shí)現零電流關(guān)斷。
(2)階段2[t 1 ，t 2 ]VT11，VT21，VT12，VT22都關(guān)斷，通過(guò)變壓器剩余的激磁電流，使C11，C21充電至2U in ，同時(shí)C12 ,C22上的電壓放電到零。
(3)階段3[t 2 ，t 3 ]VT12，VT22在零電壓條件下導通，VT11，VT21關(guān)斷，通過(guò)L，C諧振，當流過(guò)VT12，VT22的電流諧振到零時(shí)，VT12,VT22實(shí)現零電流關(guān)斷。
(4)階段4[t 3 ，t 4 ]VT11，VT21，VTl2，VT22都關(guān)斷，通過(guò)變壓器剩余的激磁電流，使C12，C22充電至2U in ，同時(shí)C11,C21上的電壓放電到零。
可見(jiàn)，階段2和4的時(shí)間由開(kāi)關(guān)管漏源極間的寄生電容和變壓器激磁電流決定，在t 2 或t 4 時(shí)刻后開(kāi)通VT12，VT22或VT11，VT21即可實(shí)現零電壓開(kāi)通。
2.雙變壓器電路與單變壓器電路的比較分析可見(jiàn),雙變壓器電路用次級串聯(lián)的兩個(gè)變壓器取代了單個(gè)變壓器。其初級的兩個(gè)獨立的推挽主電路分別連接輸入電源，并采用相同時(shí)序的控制信號。該電路利用兩個(gè)變壓器次級漏感之和作為串聯(lián)諧振電感，無(wú)需額外的電感，保持了單變壓器電路的優(yōu)點(diǎn)。此外，其優(yōu)點(diǎn)還有：①變壓器匝比減為原先單個(gè)變壓器時(shí)的一半，在輸入電壓一定時(shí)，次級電壓減為原先的一半，次級串聯(lián)后得到的電壓等于原先的電壓。由于匝比減小，較好解決了初、次級的耦合問(wèn)題，減小了損耗。②輸出功率一定時(shí)，流過(guò)開(kāi)關(guān)管和變壓器初級的電流都減半。因此，單個(gè)開(kāi)關(guān)管的導通損耗和單個(gè)變壓器的初級銅耗將減為原先的1/4，全部開(kāi)關(guān)管的導通損耗和全部變壓器的初級銅耗也將減為原先的一半，有效提高了效率。根據實(shí)際情況設計變壓器時(shí)應注意：①要盡量保證變壓器的次級漏感應小，以確保品質(zhì)因數在一定范圍內，從而使電路工作過(guò)程中諧振元件不用承受太大的電壓;②兩個(gè)變壓器參數保持一致，使它們傳遞同樣的功率，防止因功率不同出現的過(guò)熱現象。