一种改进的ZVT_PWM_CUK电路

船电技术2008年第6期Vol.28 No.6 2008.11/12 一种改进的ZVT-PWM-CUK电路
童正军1陈新刚
1杨东升
2
( [1] 海军装备研究院舰船论证研究所北京100161;
[2] 200129)
海军驻上海沪东中华造船（集团）有限公司代表室上海
摘要：软开关技术能够有效改善功率开关管的工作环境，降低开关损耗，提高变换器的效率。

传统
ZVT-PWM变换器的辅助开关是硬关断，关断损耗很大。

本文介绍了一种新型的ZVT-PWM -CUK改进电路，它通过在辅助支路串联电容和并联二极管，实现了辅助开关的零电流关断，从而使所有开关器件的软开关。

文章对这种新型的ZVT-PWM -CUK改进电路的九种工作模式进行了详细的分析，并通过仿真实验证明了理
论分析的正确性。

关键词：ZVT-PWM 中图分类号：TN624 软开关CUK电路直流变换器
文献标识码：A 文章编号：1003-4862 (2008) 06-0328-05
An Improved ZVT-PWM-CUK Circuit
Tong Zhengjun 1; Chen Xingang 1 ; Yang Dongsheng 2
（[1] Institute of Naval Vessels, Naval Academy of Armament, Beijing 100161, China；
[2] Naval Representative Office Stationed at Shanghai Hudong-zhonghua Shipbuilding (group), Shanghai 200129, China）
Abstract：Soft switching technique could improve the circumstance of the power converter, reduce the losses and increase the efficiency of the converter．The auxiliary switch of the tradition ZVT-PWM converter is hard switched, so the losses are very large. A novel ZVT-PWM -CUK improved circuit is introduced in this paper，which achieve the zero current switching when the auxiliary switch turns off by installing a capacitance in series and two diodes in parallel in the auxiliary branch. The nine modes of the ZVT-PWM -CUK improved circuit are analyzed detailedly, and the correctness of the academic analysis is proved by a simulation testing.
Keywords : ZVT-PWM; soft-switching; CUK; DC-DC converter
文献[1]提出了零电压转换
（Zero-voltage-transition，ZVT）变换器的概念，因为此技术简单、高效、能有效减小EMI，且进一步降低开关损耗，尤其是软开关的实现受输入端电压宽范围变化及负载端宽范围变化的影响较小，而被广泛应用于开关电源拓扑中。

例如，PFC 有许多文献对ZVT-PWM电路进行了大量的研究与分析，并且针对电路中的问题提出了一些比较好的解决方案[5][6][7] 。

本文介绍了一种新型的ZVT-CUK-PWM改进电路，在传统的ZVT-PWM -CUK电路（图 1 所示）的基础上，在辅助支路串连了一个谐振电容C r和一个并联的反向二极管D b，并在辅助开关上并联了一个续流二极管D a（如图2所示，图3是该变换器的工作波形），从而实现了辅助开关了零电流开通和零电流关断。

电路、DC/DC变换器等[2][3] 。

但是，该电路有个
缺点 [4] ：辅助开关管的关断损耗很大，比不加辅
助电路时主开关管的关断损耗还要大，因此，有
必要改善辅助开关管的关断条件。

对此，国内外—————————
收稿日期：2008-04-12
作者简介：童正军（1981—），男，硕士研究生毕业，从事舰船电力系统研究。

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Vol.28 No.6 2008.11/12 船电技术 2008年第 6期
图 1传统的 ZVT-PWM -CUK 电路 图 2改进的 ZVT-PWM -CUK 电路
图 3 工作波形图
1电路工作原理分析
[8]
在一个周期中，该变换器有九种开关模式。

在分析前，做出如下假设：
（1）所有开关管、二极管均为理想器件；所 有电感、电容均为理想器件；
（2） L 1足够大，在一个开关周期中，其电 流基本保持不变，为 I i ；
(b) 开关模式 1
（3） L 2足够大，在一个开关周期中，其电 流基本保持不变，为 I 0；
（4） C f 足够大，在一个开关周期中，其电 压基本保持不变，为 V 0；
（5） C 1足够大，在一个开关周期中，其电 压基本保持不变，为 V 0 +V in 。

(c) 开关模式 2
图 4给出了它在不同开关模式下的等效电
路。

各开关模式的工作情况描述如下：
(a) 开关模式 0
(d) 开关模式 3
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船电技术 2008年第 6期 Vol.28 No.6 2008.11/12
i D 1 I i I o
2）开关模式 1 [t 0，t 1]
t 0时刻，辅助开关 Q a 触发开通，由于电感 L a 的存在，电流不能突变，所以 Q a 是零电流开 通。

开通后， C 1、C a 、L a 开始谐振，如图 4（b ） 所示。

i La 和。

u Ca 分别为：
i La (t ) V in V o sin a (t t 0)
(e) 开关模式 4
Z a
u Ca (t ) (V in V o )[1cos a (t t 0)]
其中， Z a
L a ， a 1。

C a
a
C L a
t 1时刻，i La 增加到 I i +I 0，D 1自然断流，开关 模式 1结束。

该模式持续的时间为：
(f) (g) (h) (i) 开关模式 5
开关模式 6
开关模式 7
开关模式 8
t 01 1 arcsin (I i I o )Z a
V in V o a
3）开关模式 2 [t 1，t 2]
t 1时刻起，C r 、C a 、L a 形成谐振回路，同时，
I i +I 0流过由 Q a 、C a 、L a 构成的辅助支路，如图 4（c ）所示。

通过运算电路可以计算得到 i La 、u Ca 、 u Cr ，分别为：
C r
i La (t ) (I i I o ) C r C a cos r (t t 1)
V in V o u Ca (t 1) sin r (t t 1) (I i I o ) C a
Z r
C a C r C r 1
C a C r C a C r C a
L a C r C a sin r (t t 1)
u Ca (t ) (I i I o )
C r
[V in V o u Ca (t 1)]C r C a [1cos r (t t 1)] 1
(I i I o ) C r C a (t t 1) u Ca (t 1)
1
C r C a C r C a
L a C r C a sin r (t t 1)
u Cr (t ) (I i I o )
C a
C r C a
[V in V o u Ca (t 1)] [1cos r (t t 1)]
图 4 不同开关模式下的等效电路
1）开关模式 0 [t 0之前]
1 C C a
(I i I o )
(t t 1) (V in V o )
主开关 Q 1和辅助开关 Q a 都关闭， D 1导通，
形成两个环流，如图 4（a ）所示。

此时，
r 其中，
，。

L a
r
1 Z r
C r C a C r C a
r C C a U Cr U C 1 V in V o
L a
C r C a
330。