Prototype of the resonant single-switch forward DCX
单管正激变化器的变压器磁芯单相磁化，传统的正激变换器为了保证磁芯可靠去磁，最大工作占空比为0.5，其必须加入复位绕组。为了提高正激变换器的工作效率和功率密度，解决此问题的方法直接途径为提高开关频率，但随着频率的提高开关管的损耗急剧增加，这将限制变换器效率，随后提出利用软开关技术，实现开关管在一个周期内实现零电压（ZVS）开通和零电流（ZCS）关断，使得变换器工作在高频成为可能。要想实现软开关必须在回路中加入谐振元件，使电压/电流成正弦规律变化，这是实现软开关的前提条件。单管正激实现ZVZCS的原理分析如图1所示。
图1 输入电流馈电单元原理及波形 图2 输出电流吸收单元原理及波形
由于单管拓扑电流只有一条路径，当开关管关断时，电路中电流无法流通。为了保证电容安秒平衡需在电容前并联电流源，使电容在单个周期内充电和放电电荷量相同，波形如图1b所示。根据对偶性同理可以得出输出电流吸收单元。
为了更好的理解输入电流馈电谐振单元的工作原理，下面进行仿真验证。
图3 ZVZCS单端正激拓扑
图5 单端正激ZVZCS工作原理分析
图5（a）为图4（a）的t0～t1时间段，t0时刻MOS管S1的电压为零，此时MOS管开通，实现了ZVS，变压器励磁电感被输出电压钳位，Lm不参与谐振，电感电流线性增加，Lr和Cr开始谐振，电流开始从零增加。
图5（a）为图4（a）的t1～t2时间段，t1时刻谐振电流等于励磁电流时，MOS管关断，此时励磁电流近似为零，所以关断时实现ZCS，此时间段内Lm参与谐振。t2时刻，电压降为零，单个周期工作结束。
图6 论文中的实验结果
参考文献
[1] Wei Qin. A Family of DC Transformer (DCX) Topologies Based on New ZVZCS Cells with DC Resonant Capacitance[J]. IEEE Transactions on Power Electronics.2016.
仿真验证与分析
利用PSIM软件对文中原理进行验证。搭建模型如图7所示。波形如图8所示。
图7 模型及参数
图8 元件关键节点波形
设电流参考方向均为向左或向下为正方向。t0时刻，MOS漏极与源极的压降为零，此时流过MOS管的电流为零，此时将MOS管开通，谐振电感中的电流开始上升，波形呈正弦规律变化，变压器励磁电感被输出电压钳位不参与谐振，Lm电流线性增加，此阶段由Lr、Cr参与谐振，谐振电感Lr电压为左正右负，当到达t1时刻，谐振电感中电流近似为零，将MOS管关断。
MOS管关断，变压器副边无电压输出，变压器绕组短路，负载的能量由输出滤波电容提供，变压器励磁电感将参与谐振，电流由MOS管寄生电容中流通，当谐振电感中电流为零后，输入电流为谐振电容充电。
详细工作过程还需进一步研究。
注意：论文和仿真模型请点击上方。
WeChat公众平台（ID:电源技能成长记）
本人水平有限，如有错误还请读者朋友谅解。本文稿属于个人学习总结归纳，无任何商业目的。如有侵权问题，请及时告知，小编会及时删除。如需要转载可与小编联系。
