双管正激变换器交错并联的方法比较

双管正激变换器交错并联的方法比较

摘要：从开关器件的电压应力来看，双管正激变换器较一般的正激变换器有更多的优点。本文提出了两种双正激变换器交错并联的方法，分析了两种电路的工作状态，比较了两种电路中输出滤波电感和电容中的电流脉动，对比了两种电路中各半导体器件的电流电压应力。最后通过仿真和实验证明了分析和比较的正

确性。

关键词：双管正激变换器移相并联开关应力

Comparison of Interleaving Methods of Two－transistor Forward Converter Abstract:Two methods of inte rleaving two－transistor forward converters are presented in this paper. Firstly, the operation stages are a nalyzed. Then the ripple currents in filter inductors and output capactiors in toth methods are discussed a nd compared. After that ,the current and voltage stresses of divices are investigated and compared as wel l.Finally, simulation and experiments are performed to verify the analysis and comparision. Keywords:Two －transistor forward converter Interleaving of converters Switching stress

1引言

双管正激变换器较单管正激变换器有很多优点，特别是在电压应力方面，因为变换器中每个功率器件只需承受电源电压，而在单管正激变换器中则要承受两倍的电源电压。而且同半桥或全桥变换器相比，它不存在桥臂直通的危险。因此双管正激变换器吸引了许多研究者的目光。在参考文献[1]中，作者提出了采用无损吸收的高效率双管正激变换器。在[2]和[3]中，两种零电压转换（ZVT）技术用于双管正激变换器。在[4]中，作者提出了一种可控变压器，用于增加双管正激变换器的效率。在[5]中，作者研究了多输出双管

正激变换反馈的模型。

为了增加变换器的输出功率，需要将两个双正激变换器并联运行。有两种方法实现两个双正激变换器的移相并联；一种是在输出电压侧并联（CPOC），另一种是在续流二极管侧并联（CPFD）。以前还没有

过关于两种方法比较的报道。

本文首先分析了两种并联方式的工作原理，然后分析和比较了两种方法中滤波电感和输出电容中的电流脉动，接着分析和比较了两种途径中各半导体器件的电流电压应力，最后用仿真和实验验证了前面的分

析和比较。

2工作状态分析

（1）两个双管正激变换器在输出电容侧并联

将两个双管正激变换器在输出电容侧并联如图1所示，其工作状态与单个双管正激变换器一样，图2

示出了这种并联方式的主要波形。

（2）两个双管正激变换器在续流二极管侧并联

两个双管正激变换器在续流二极管侧并联如图3所示。两变换器共用一个滤波电感和续流二极管，两

变换器在运行中移相180°。

假设所有的半导体器件均为理想器件，与开关S21、S22、S23和S24并联的电容CS21、CS22、CS23和CS24表示开关的输出电容。这种并联方式可以分为六个工作状态如图4所示，主要波形如图5所示。

①状态1（t0－t1）

在t0时刻以前，变压器T21已经复位完毕，变压器T22正在复位，开关S21和S22上的电压保持在U d/2，箝位二极管D23和D24导通，续流二极管D27导通负载电流。在t0时刻，S21和S22同时获得触发信号而开通，其电流iS21(iS22)迅速上升。负载电流从D27换流到D25。在t1时刻，流过D27的电流减小

到零并截止。在这一状态中变压器T22仍在复位。

②状态2（t1－t2）

在t1时刻，D25和D27间的换流结束。在本状态中，流过开关S21和S22的电流线性上升，变压器T 22仍在进行复位。这一状态一直持续到变压器T22复位完毕的t2时刻。

③状态3（t2－t3）

图1两双正激变换器在输出电容侧并联

图2在输出电容侧并联电路的主要波形

图3两双正激变换器在续流二极管侧并联

在t2时刻，变压器T22复位完毕，箝位二极管D23和D24截止。在t2时刻以后，电容CS23和CS24通过直流电源、变压器T22的漏感和激磁电感发生振荡，因此开关S23和S24上的电压呈余弦规律下降。但是值得注意的是，这里的振荡与在输出电容侧并联电路发生的振荡不同。因为开关S21和S22保持开通状态，二极管D26即使在开关S23和S24上的电压小于Ud/2仍然保持反偏。也就是说，开关S23和S24上的电压可能振荡到低于Ud/2。这一状态当开关S21和S22同时在t3时刻关断时结束。

④状态4（t3－t4）

在时刻t3以后，开关S21和S22上的电压线性上升，负载电流从D25换流到D27。在本状态中，变换器继续振荡。这一状态一直持续到t4时刻，在此时刻D25和D27间的换流结束，开关S21和S22上的电

压达到直流电压Ud。

⑤状态5（t4－t5）

在这一状态中，箝位二极管D21和D22正偏导通复位变压器T21的铁心，并将开关S21和S22上的电压箝位在直流电压Ud，同时变换器2继续振荡。然而由于续流二极管D27导通，因此开关S23和S24

上的电压迅速振荡回Ud/2。

⑥状态6（t5－t6）

在这一状态中，变压器T21正在复位，开关S23和S24上的电压保持在Ud/2，续流二极管D27导通负载电流。本状态当开关S23和S24同时在t6时刻开通时结束，同时开始另外半个周期，这半个周期的工作状态与前半个周期一致，只是两个变换器的地位交换了一下。

需要说明的是，变换器的工作导通比将影响电路的工作状态和波形。当工作占空比小时的典型波形如

图6所示。

3两种双正激变换器并联方式的比较

（1）滤波电感中的电流脉动

假设两种并联电路工作在相同的输入电压、输出电压及相同的负载下，