高效率、高功率密度是當(dāng)今功率變換器的重要發(fā)展趨勢(shì)。而傳統(tǒng)硬開關(guān)的PWM變換器隨著開關(guān)頻率的提升，變換效率顯著下降，因此開關(guān)頻率和功率密度無(wú)法進(jìn)一步提高，不符合上述趨勢(shì)。

諧振變換器由于可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通以及二極管的零電流開關(guān)，具有其他變換器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。目前，諧振變換器的研究主要集中于LLC變換器和DCX變換器。其中，LLC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟開關(guān)特性優(yōu)良，備受研究學(xué)者關(guān)注。但是，為調(diào)節(jié)LLC變換器的輸出電壓，需采用調(diào)節(jié)開關(guān)頻率的控制方式。而開關(guān)頻率的大范圍變化將顯著加大磁元件和同步整流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)難度，不利于效率提升。

DCX變換器為不可控變換器，即輸入輸出電壓關(guān)系與負(fù)載、開關(guān)頻率和占空比均無(wú)關(guān)，可將此類變換器設(shè)計(jì)在最佳工作點(diǎn)，以獲得較高的效率。文獻(xiàn)[13]提出了一種電流饋電型正激式DCX變換器，拓?fù)浜?jiǎn)單，軟開關(guān)特性優(yōu)異，適用于小功率場(chǎng)合。

在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[14,15]對(duì)其進(jìn)行了拓展，并衍生出一系列電流饋電型諧振變換器，但其仍然沒有輸出電壓調(diào)節(jié)能力。為此，文獻(xiàn)[16,17]通過增大變壓器諧振電感與勵(lì)磁電感之比，結(jié)合調(diào)頻控制，拓寬了電壓輸入范圍，但一定程度上增加了控制的復(fù)雜度，且降低了變換效率。

為避免以上問題，可將DCX變換器作為兩級(jí)變換器的前級(jí)，后級(jí)利用PWM變換器調(diào)節(jié)輸出電壓。由于兩級(jí)變換器拓?fù)鋸?fù)雜，環(huán)路設(shè)計(jì)相對(duì)困難，降低了系統(tǒng)的可靠性。為進(jìn)一步改善DCX變換器的性能，文獻(xiàn)[8]中，輸入功率的絕大部分由單級(jí)變換器傳遞，以獲得較高效率；剩余部分由兩級(jí)共同傳遞，以調(diào)節(jié)輸出電壓。

文獻(xiàn)[20]提出了DCX變換器與輔助PWM變換器串聯(lián)輸入并聯(lián)輸出的方案，通過調(diào)節(jié)輔助電路占空比來調(diào)節(jié)輸出，優(yōu)化了變換器的整體效率。此外，有學(xué)者們提出了PWM型諧振變換器，以簡(jiǎn)化傳統(tǒng)調(diào)頻控制方式。

基于以上研究，本文提出了一種開關(guān)頻率固定的輸出可調(diào)型有源鉗位正激雙向諧振變換器。不同于傳統(tǒng)有源鉗位技術(shù)，該變換器中的單個(gè)有源鉗位電路既能為兩個(gè)變壓器去磁，以簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，又提供諧振回路以實(shí)現(xiàn)能量的反向傳遞。

同時(shí)，輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的結(jié)構(gòu)可減輕單個(gè)開關(guān)管的電壓應(yīng)力。控制采用交錯(cuò)并聯(lián)的PWM方式，可大大減小輸入電流紋波，且該變換器開關(guān)頻率固定，兼具一定的輸出電壓調(diào)節(jié)能力。相比于傳統(tǒng)調(diào)頻控制方式，PWM控制方式更為簡(jiǎn)單，更利于磁元件的設(shè)計(jì)、同步整流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，電路可靠性更高。

此外，本文提出的諧振變換器可實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開通及二極管的零電流開關(guān)，顯著減小MOSFET開關(guān)損耗的同時(shí)，無(wú)二極管反向恢復(fù)問題，效率性能更優(yōu)，利于變換器的高功率密度集成。

圖2 本文提出的諧振變換器

結(jié)論

本文提出了一種開關(guān)頻率固定的輸出可調(diào)型有源鉗位正激雙向諧振變換器，并詳細(xì)分析其工作原理，最后設(shè)計(jì)并搭建樣機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明本文提出的變換器具有如下特點(diǎn)：

1）不同于傳統(tǒng)有源鉗位技術(shù)，該變換器中的同一個(gè)有源鉗位電路既為兩個(gè)變壓器去磁，簡(jiǎn)化了整體電路結(jié)構(gòu)，又提供了諧振回路，實(shí)現(xiàn)了能量的反向傳遞。

2）拓?fù)洳捎幂斎氪?lián)輸出并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，減輕了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。因此，可選用低耐壓的高性能開關(guān)器件，以進(jìn)一步提高變換效率。

3）本文提出的諧振變換器開關(guān)頻率固定，大大簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)調(diào)頻控制方式，有效避免了磁元件、同步整流驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)困難等問題，增加了電路的抗干擾能力。

4）變換器中的開關(guān)管和二極管均實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，利于效率提升及高功率密度集成。