双管正激变换器
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３４
２／２０１０
变流器·控制
双管正激变换器
程良涛，邹 娟，李 辉
（华东交通大学，江西 南昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ）
摘 要：从克服双管正激变换器的缺陷以及利用软开关提高电路的效率两个方面对双管正激变换器进行了总
结，在提高电路效率方面提出了一种全新的软开关划分方法。
关键词：双管正激变换器；软开关；模块化
Key words: dual switch forward converter; soft-switching; modularization
０ 引言
双管正激变换器具有开关管电压低、无桥臂直通 危险、可靠性高等优点，广泛应用于中、高功率场合； 但存在变压器工作在第一象限、开关管的工作占空比 通常小于 ０．５、整流输出电压和电流的脉动大、输出端滤 波器的体积大等缺点［１］。现有绝大多数相关文献主要讨 论双管正激变换器缺点的解决方案以及如何利用软开 关提高电路效率的问题。从提高电路效率方面考虑，双 管正激变换器软开关以往被分为无源辅助电路式、有 源辅助电路式以及无需辅助电路式３ 种。本文对现有文 献进行了分析和评价，提出了一种模块化划分软开关 的新方法。
导通电流；图１２和图１３所示电路
中增加了一个辅助开关管［１１～１３］，
以避免Ｌ Ｃ 电路的谐振电流流经
主开关管，同时也增加了电路的 图 ８ Ｌ Ｃ Ｄ Ｄ 模块
控制难度。
Ｆｉｇ．８ ＬＣＤＤ ｍｏｄｕｌｅ
图 １１ ＬＣＤ 箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１１ ＬＣＤ ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
电路的工作过程：当开关管 Ｓ１ 和Ｓ２ 同时导通时，电容Ｃ１
和 Ｃ２ 与 Ｄ５、Ｄ６、Ｌ 及变压器一次侧绕组构成充电回路，Ｃ１
和 Ｃ２ 开始充电，对变压器两端
的电压起到箝位的作用；当 Ｓ １
和 Ｓ２ 同时关断时，Ｃ１ 和 Ｃ２ 与 Ｄ３、
Ｄ ４、变压器一次侧绕组及输入
电源 Ｖ ｉｎ 构成回路，两个电容反
中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７１－８４１０（２０１０）０２－００３４－０４
Dual Switch Forward Converter
ＣＨＥＮＧ Ｌｉａｎｇ－ｔａｏ， ＺＯＵ Ｊｕａｎ， ＬＩ Ｈｕｉ
(East China Jiaotong University, Nanchang , Jiangxi 330013, China)
２／２０１０
双管正激变换器
３５
的体积、质量和成本。
图 １ ＲＣＤ 复位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１ ＲＣＤ ｒｅｓｅｔ ｔｙｐｅ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
但该电路存在一个很大的缺陷：当输入较小时，电 路会连续工作，易出现变压器偏磁、箝位电容电压Ｖｃ 较 大等问题。应用时，Ｖｃ 的大小比较关键。由图１ 可知，开 关管 Ｓ １ 的电压为 Ｖ ｉｎ，开关管 Ｓ ２ 的电压为 Ｖ ｉｎ＋ Ｖ ｃ。Ｖ ｃ 若过 大，则电路的整体性能与 Ｒ Ｃ Ｄ 复位单管正激变换器的 相近，复位损耗较大，开关管电压应力也较高，但占空 比范围可较宽；Ｖ ｃ 若过小，复位损耗可较小，开关电压 也较低，但占空比范围却会变窄，整体性能接近传统的 双管正激变换器。因此设计时，复位电路中Ｒ、Ｃ 及Ｄ１ 和 Ｄ ２ 的参数需折衷后才能达到理想的效果。 １．２ 组合工作方式
图 ２ 输出二极管处串联型
Ｆｉｇ．２ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｕｔｐｕｔ ｄｉｏｄｅｓ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ
图 ３ 输出滤波电容处串联型
Ｆｉｇ．３ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｕｔｐｕｔ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ
所谓通过组合工作方式间接加大占空比的方法就 是利用两组双管正激变换器轮流工作，虽然每一组双 管正激变换器开关管的实际工作占空比仍小于 ０ ． ５，但 电路的工作占空比是两组双管正激变换器工作占空比 之和，在实际应用中很容易达到 ０．８。两组变换器轮流工 作，大大缓解了功率管发热的问题，同时电路的开关频 率较单个双管正激变换器的提高了一倍，减小了输出 电压／ 电流的脉动，相应减小了输出滤波器的体积。缺 点是电路的生产成本大大增加，这是限制其在工业中 大量应用的一个最重要的原因。
Ｆｉｇ．１０ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｂｕｆｆｅｒ ＺＶＺＣＳ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
图 ７ 双管正激磁集成变换器
Ｆｉｇ．７ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
２ 利用软开关提高电路效率
软开关的传统实现方法或是利用无源 ／ 有源辅助电
收稿日期：２ ０ １ ０－０ １ －０ ７ 作者简介：程良涛 （ １ ９ ８ ５ － ） ，男，在读硕士研究生，主要从事电 力电子系统装置方面的研究。
１ 双管正激变换器缺点的解决方案
双管正激变换器的缺点是相互关联的，解决某一 个，其它的都会得到缓解或相应的解决。文献［２￣９］的解 决方案基本集中在解决电路占空比小于０．５ 的问题，主 要采用加速变压器复位法或通过组合的方式直接或间 接加大电路占空比。 １．１ 加速变压器复位
（ａ）
图 １８ 改进型箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１８ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ－ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
（ｂ ）
图 １５ 无损箝位双管正激变换器
Ｆｉｇ．１５ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
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双管正激变换器
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２．２ ＬＣＣＤ 式
Ｌ Ｃ Ｃ Ｄ 式结构（图 １ ４ ）的最大优点在于当开关管导
通 ／ 关断时，两个电容同时正向 ／ 反向充电，对电路的开
通 ／ 关断过程起到了缓冲作用，提高了电容的利用率。
图１５ 所示的两种基于ＬＣＣＤ 模块的无损箝位双管正激变
换器［１４￣１６］在结构上非常相似，以图 １５（ｂ）为例具体说明
电容Ｃ 均置于变压器的两端；而电感Ｌ ，无论处于何处，
都会在开关管导通时与 Ｃ 组成谐振回路，使Ｃ 向之放电，
从而保证在开关管关断时 Ｃ 起到缓冲作用。图 ９ 和图 １０ 中 的 Ｌ 与 Ｃ 通过开关管Ｓ２ 组成谐振回路［１］，图１１ 中的Ｌ 与Ｃ 通 过开关管 Ｓ １ 组成谐振回路［１０ ， １１］ ， 这两种结构都会加大开关管的
向充电，对变压器的复位起到
图 １４ ＬＣＣＤ 模块
了缓冲作用。
Ｆｉｇ．１４ ＬＣＣＤ ｍｏｄｕｌｅ
在开关管导通和关断的过程中对开关管电压起箝位作用。 图 １９［１５］中，Ｌ 和 Ｃ 同时加在变压器两端，对变压器起到缓 冲的作用１７ ＺＣＴ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
图 １９ 箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１９ Ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
以图１８ 为例说明ＬＣＳ 式结构电路的工作过程 ：在Ｓ１ 和Ｓ２ 同时导通的瞬间，由于Ｃ 的箝位作用， Ｓ２ 两端的电 压上升率小于比Ｓ１ 的，从而起到了更好的软启动效果； 在Ｓ１ 和Ｓ２ 同时关断的瞬间，ＬＣ 之间构成谐振回路，不仅 对变压器起到了缓冲作用，而且 Ｃ 还对Ｓ２ 电压起到了箝 位的作用。
文献［ ２ ￣ ７ ］ 提出了几种不同组合结构的双管正激变 换器（图 ２ ￣ 图 ７ ），其组合方式无外乎在变压器一次侧 或二次侧各自串、并联的基础上，再对其中部分电路 进行处理。这些电路各具特色且不失典型双管正激变 换器的优点。图 ２ 所示电路将组合式双管正激变换器 与输出二极管串联以降低该二极管电压；图 ３ 所示电 路将组合式双管正激变换器与输出稳压电容器串联以 降低电容电压；图 ４ 所示电路中，变压器二次侧采用耦 合电感结构以利于实现均流；图５ 所示电路的输出端 采用倍流方式以减小输出电流脉动；图 ６ 所示电路的 变压器二次侧采用全桥整流的方式使得电路更为简单 可靠；图７ 所示电路将变压器进行磁集成以减小电路
ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
验证，证明了所研制的 Ｓ Ｖ Ｃ 对电弧炉闪变抑制的有效 性。
３ 结语
对于双管正激变换器的研究目前基本都集中在变压器 的一次侧，形成了许多成熟的电路，但是针对双管正激 变换器的变压器二次侧方面的研究目前很有限。本文从克 服双管正激变换器的缺陷以及利用软开关提
（下转第 ５５ 页）
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实验室电弧炉闪变模拟与 Ｓ Ｖ Ｃ 补偿算法研究
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表２ 补偿前后的短时间闪变值 Ｔａｂ． ２ Ｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍ ｆｌｉｃｋｅｒ ｖａｌｕｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ
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双管正激变换器
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图 ６ 带全桥整流的组合式变换器
Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
图 ９ 变压器缓冲式变换器
Ｆｉｇ．９ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｂｕｆｆｅｒ
图 １０ 无损缓冲 ＺＶＺＣＳ 双管正激变换器
图 １２ ＺＶＴ 双管正激变换器
Ｆｉｇ．１２ ＺＶＴ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
图 １３ 采用附加管谐振的双管正激变换器
Ｆｉｇ．１３ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
路，或无需辅助电路。为利于从本质上理解双管正激电
路的软开关，本文将现有文献中所用到的软开关归纳
成３ 种模块。
２．１ ＬＣＤＤ 式
Ｌ Ｃ Ｄ Ｄ 谐振式结构（图８）是应用最多的双管正激变
换器软开关结构。其工作原理为：当开关管导通时，电
容Ｃ 与电感Ｌ 发生谐振并将能量传递给Ｌ；当开关管关断
时，Ｃ 起到缓冲作用。可以看出，采用ＬＣＤＤ 结构的电路，
２．３ ＬＣＳ 式 ＬＣＳ 式结构（图１６）应用较为灵活，整个模块可直接
加在开关管两端起箝位作用，也可直接加在变压器两端 起缓冲作用，图１７￣ 图１９ 所示电 路就是这种结构的典型应用。 图 １７［１］ 中，ＬＣＳ电路加在开关管 Ｓ１ 和 Ｓ２ 上，在开关管导通和关断 时起箝位作用。图１８［１８，１９］中，Ｌ加 在变压器两端，可对变压器起 图 １６ ＬＣＳ 模块 缓冲作用；Ｃ 直接加在 Ｓ ２ 两端， Ｆｉｇ．１６ ＬＣＳ ｍｏｄｕｌｅ
文献［ ９ ］将Ｌ Ｃ Ｄ 箝位式单端正激电路与典型的双管 正激电路相组合，提出了一种新的拓扑结构（图 １ ）。该 电路结构简单，克服了单管正激ＤＣ／ＤＣ 变换器开关电压 高、励磁能量完全消耗在电阻上的缺点，以及双管正激 ＤＣ／ＤＣ 电路只能工作在占空比小于０．５ 的缺点，同时继 承了双管正激电路开关管电压低的优点。主电路中复 位电容 Ｃ 只起到补偿复位的作用，复位电阻 Ｒ 上消耗的 能量只是原单管正激变换器的几分之一。
图 ４ 采用耦合电感的并—并型组合变换器
Ｆｉｇ．４ Ｐａｒａｌｌｅｌ－ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｕｐｌｅｄ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ
图 ５ 倍流式双管正激变换器
Ｆｉｇ．５ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｔｙｐｅ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
Abstract: It presents a summary of dual switch forward converter on how to overcome its deficiencies and enhance the circuit efficiency with soft-switching. A new division method of soft-switching circuits for dual switch forward converter is proposed in the term of efficiency improvement.
２／２０１０
变流器·控制
双管正激变换器
程良涛，邹 娟，李 辉
（华东交通大学，江西 南昌 ３ ３ ０ ０ １ ３ ）
摘 要：从克服双管正激变换器的缺陷以及利用软开关提高电路的效率两个方面对双管正激变换器进行了总
结，在提高电路效率方面提出了一种全新的软开关划分方法。
关键词：双管正激变换器；软开关；模块化
Key words: dual switch forward converter; soft-switching; modularization
０ 引言
双管正激变换器具有开关管电压低、无桥臂直通 危险、可靠性高等优点，广泛应用于中、高功率场合； 但存在变压器工作在第一象限、开关管的工作占空比 通常小于 ０．５、整流输出电压和电流的脉动大、输出端滤 波器的体积大等缺点［１］。现有绝大多数相关文献主要讨 论双管正激变换器缺点的解决方案以及如何利用软开 关提高电路效率的问题。从提高电路效率方面考虑，双 管正激变换器软开关以往被分为无源辅助电路式、有 源辅助电路式以及无需辅助电路式３ 种。本文对现有文 献进行了分析和评价，提出了一种模块化划分软开关 的新方法。
导通电流；图１２和图１３所示电路
中增加了一个辅助开关管［１１～１３］，
以避免Ｌ Ｃ 电路的谐振电流流经
主开关管，同时也增加了电路的 图 ８ Ｌ Ｃ Ｄ Ｄ 模块
控制难度。
Ｆｉｇ．８ ＬＣＤＤ ｍｏｄｕｌｅ
图 １１ ＬＣＤ 箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１１ ＬＣＤ ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
电路的工作过程：当开关管 Ｓ１ 和Ｓ２ 同时导通时，电容Ｃ１
和 Ｃ２ 与 Ｄ５、Ｄ６、Ｌ 及变压器一次侧绕组构成充电回路，Ｃ１
和 Ｃ２ 开始充电，对变压器两端
的电压起到箝位的作用；当 Ｓ １
和 Ｓ２ 同时关断时，Ｃ１ 和 Ｃ２ 与 Ｄ３、
Ｄ ４、变压器一次侧绕组及输入
电源 Ｖ ｉｎ 构成回路，两个电容反
中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７１－８４１０（２０１０）０２－００３４－０４
Dual Switch Forward Converter
ＣＨＥＮＧ Ｌｉａｎｇ－ｔａｏ， ＺＯＵ Ｊｕａｎ， ＬＩ Ｈｕｉ
(East China Jiaotong University, Nanchang , Jiangxi 330013, China)
２／２０１０
双管正激变换器
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的体积、质量和成本。
图 １ ＲＣＤ 复位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１ ＲＣＤ ｒｅｓｅｔ ｔｙｐｅ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
但该电路存在一个很大的缺陷：当输入较小时，电 路会连续工作，易出现变压器偏磁、箝位电容电压Ｖｃ 较 大等问题。应用时，Ｖｃ 的大小比较关键。由图１ 可知，开 关管 Ｓ １ 的电压为 Ｖ ｉｎ，开关管 Ｓ ２ 的电压为 Ｖ ｉｎ＋ Ｖ ｃ。Ｖ ｃ 若过 大，则电路的整体性能与 Ｒ Ｃ Ｄ 复位单管正激变换器的 相近，复位损耗较大，开关管电压应力也较高，但占空 比范围可较宽；Ｖ ｃ 若过小，复位损耗可较小，开关电压 也较低，但占空比范围却会变窄，整体性能接近传统的 双管正激变换器。因此设计时，复位电路中Ｒ、Ｃ 及Ｄ１ 和 Ｄ ２ 的参数需折衷后才能达到理想的效果。 １．２ 组合工作方式
图 ２ 输出二极管处串联型
Ｆｉｇ．２ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｕｔｐｕｔ ｄｉｏｄｅｓ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ
图 ３ 输出滤波电容处串联型
Ｆｉｇ．３ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｏｕｔｐｕｔ ｆｉｌｔｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ
所谓通过组合工作方式间接加大占空比的方法就 是利用两组双管正激变换器轮流工作，虽然每一组双 管正激变换器开关管的实际工作占空比仍小于 ０ ． ５，但 电路的工作占空比是两组双管正激变换器工作占空比 之和，在实际应用中很容易达到 ０．８。两组变换器轮流工 作，大大缓解了功率管发热的问题，同时电路的开关频 率较单个双管正激变换器的提高了一倍，减小了输出 电压／ 电流的脉动，相应减小了输出滤波器的体积。缺 点是电路的生产成本大大增加，这是限制其在工业中 大量应用的一个最重要的原因。
Ｆｉｇ．１０ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｂｕｆｆｅｒ ＺＶＺＣＳ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
图 ７ 双管正激磁集成变换器
Ｆｉｇ．７ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ
２ 利用软开关提高电路效率
软开关的传统实现方法或是利用无源 ／ 有源辅助电
收稿日期：２ ０ １ ０－０ １ －０ ７ 作者简介：程良涛 （ １ ９ ８ ５ － ） ，男，在读硕士研究生，主要从事电 力电子系统装置方面的研究。
１ 双管正激变换器缺点的解决方案
双管正激变换器的缺点是相互关联的，解决某一 个，其它的都会得到缓解或相应的解决。文献［２￣９］的解 决方案基本集中在解决电路占空比小于０．５ 的问题，主 要采用加速变压器复位法或通过组合的方式直接或间 接加大电路占空比。 １．１ 加速变压器复位
（ａ）
图 １８ 改进型箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１８ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ－ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
（ｂ ）
图 １５ 无损箝位双管正激变换器
Ｆｉｇ．１５ Ｌｏｓｓｌｅｓｓ ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
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２．２ ＬＣＣＤ 式
Ｌ Ｃ Ｃ Ｄ 式结构（图 １ ４ ）的最大优点在于当开关管导
通 ／ 关断时，两个电容同时正向 ／ 反向充电，对电路的开
通 ／ 关断过程起到了缓冲作用，提高了电容的利用率。
图１５ 所示的两种基于ＬＣＣＤ 模块的无损箝位双管正激变
换器［１４￣１６］在结构上非常相似，以图 １５（ｂ）为例具体说明
电容Ｃ 均置于变压器的两端；而电感Ｌ ，无论处于何处，
都会在开关管导通时与 Ｃ 组成谐振回路，使Ｃ 向之放电，
从而保证在开关管关断时 Ｃ 起到缓冲作用。图 ９ 和图 １０ 中 的 Ｌ 与 Ｃ 通过开关管Ｓ２ 组成谐振回路［１］，图１１ 中的Ｌ 与Ｃ 通 过开关管 Ｓ １ 组成谐振回路［１０ ， １１］ ， 这两种结构都会加大开关管的
向充电，对变压器的复位起到
图 １４ ＬＣＣＤ 模块
了缓冲作用。
Ｆｉｇ．１４ ＬＣＣＤ ｍｏｄｕｌｅ
在开关管导通和关断的过程中对开关管电压起箝位作用。 图 １９［１５］中，Ｌ 和 Ｃ 同时加在变压器两端，对变压器起到缓 冲的作用１７ ＺＣＴ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
图 １９ 箝位式双管正激变换器
Ｆｉｇ．１９ Ｃｌａｍｐｅｄ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
以图１８ 为例说明ＬＣＳ 式结构电路的工作过程 ：在Ｓ１ 和Ｓ２ 同时导通的瞬间，由于Ｃ 的箝位作用， Ｓ２ 两端的电 压上升率小于比Ｓ１ 的，从而起到了更好的软启动效果； 在Ｓ１ 和Ｓ２ 同时关断的瞬间，ＬＣ 之间构成谐振回路，不仅 对变压器起到了缓冲作用，而且 Ｃ 还对Ｓ２ 电压起到了箝 位的作用。
文献［ ２ ￣ ７ ］ 提出了几种不同组合结构的双管正激变 换器（图 ２ ￣ 图 ７ ），其组合方式无外乎在变压器一次侧 或二次侧各自串、并联的基础上，再对其中部分电路 进行处理。这些电路各具特色且不失典型双管正激变 换器的优点。图 ２ 所示电路将组合式双管正激变换器 与输出二极管串联以降低该二极管电压；图 ３ 所示电 路将组合式双管正激变换器与输出稳压电容器串联以 降低电容电压；图 ４ 所示电路中，变压器二次侧采用耦 合电感结构以利于实现均流；图５ 所示电路的输出端 采用倍流方式以减小输出电流脉动；图 ６ 所示电路的 变压器二次侧采用全桥整流的方式使得电路更为简单 可靠；图７ 所示电路将变压器进行磁集成以减小电路
ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
验证，证明了所研制的 Ｓ Ｖ Ｃ 对电弧炉闪变抑制的有效 性。
３ 结语
对于双管正激变换器的研究目前基本都集中在变压器 的一次侧，形成了许多成熟的电路，但是针对双管正激 变换器的变压器二次侧方面的研究目前很有限。本文从克 服双管正激变换器的缺陷以及利用软开关提
（下转第 ５５ 页）
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实验室电弧炉闪变模拟与 Ｓ Ｖ Ｃ 补偿算法研究
５５
表２ 补偿前后的短时间闪变值 Ｔａｂ． ２ Ｓｈｏｒｔ－ｔｅｒｍ ｆｌｉｃｋｅｒ ｖａｌｕｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ
３６
双管正激变换器
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图 ６ 带全桥整流的组合式变换器
Ｆｉｇ．６ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｆｕｌｌ－ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
图 ９ 变压器缓冲式变换器
Ｆｉｇ．９ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｂｕｆｆｅｒ
图 １０ 无损缓冲 ＺＶＺＣＳ 双管正激变换器
图 １２ ＺＶＴ 双管正激变换器
Ｆｉｇ．１２ ＺＶＴ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
图 １３ 采用附加管谐振的双管正激变换器
Ｆｉｇ．１３ Ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ
路，或无需辅助电路。为利于从本质上理解双管正激电
路的软开关，本文将现有文献中所用到的软开关归纳
成３ 种模块。
２．１ ＬＣＤＤ 式
Ｌ Ｃ Ｄ Ｄ 谐振式结构（图８）是应用最多的双管正激变
换器软开关结构。其工作原理为：当开关管导通时，电
容Ｃ 与电感Ｌ 发生谐振并将能量传递给Ｌ；当开关管关断
时，Ｃ 起到缓冲作用。可以看出，采用ＬＣＤＤ 结构的电路，
２．３ ＬＣＳ 式 ＬＣＳ 式结构（图１６）应用较为灵活，整个模块可直接
加在开关管两端起箝位作用，也可直接加在变压器两端 起缓冲作用，图１７￣ 图１９ 所示电 路就是这种结构的典型应用。 图 １７［１］ 中，ＬＣＳ电路加在开关管 Ｓ１ 和 Ｓ２ 上，在开关管导通和关断 时起箝位作用。图１８［１８，１９］中，Ｌ加 在变压器两端，可对变压器起 图 １６ ＬＣＳ 模块 缓冲作用；Ｃ 直接加在 Ｓ ２ 两端， Ｆｉｇ．１６ ＬＣＳ ｍｏｄｕｌｅ
文献［ ９ ］将Ｌ Ｃ Ｄ 箝位式单端正激电路与典型的双管 正激电路相组合，提出了一种新的拓扑结构（图 １ ）。该 电路结构简单，克服了单管正激ＤＣ／ＤＣ 变换器开关电压 高、励磁能量完全消耗在电阻上的缺点，以及双管正激 ＤＣ／ＤＣ 电路只能工作在占空比小于０．５ 的缺点，同时继 承了双管正激电路开关管电压低的优点。主电路中复 位电容 Ｃ 只起到补偿复位的作用，复位电阻 Ｒ 上消耗的 能量只是原单管正激变换器的几分之一。
图 ４ 采用耦合电感的并—并型组合变换器
Ｆｉｇ．４ Ｐａｒａｌｌｅｌ－ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｗｉｔｈ ｃｏｕｐｌｅｄ ｉｎｄｕｃｔｏｒｓ
图 ５ 倍流式双管正激变换器
Ｆｉｇ．５ Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｉｍｅｓ ｔｙｐｅ ｄｕａｌ ｓｗｉｔｃｈ ｆｏｒｗａｒｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
Abstract: It presents a summary of dual switch forward converter on how to overcome its deficiencies and enhance the circuit efficiency with soft-switching. A new division method of soft-switching circuits for dual switch forward converter is proposed in the term of efficiency improvement.