DC-DC變換器有輸出穩(wěn)壓的DC-DC變換器和輸出電壓不調(diào)節(jié)的直流變壓器（directcurrenttransformer，DCT）兩種基本類型。DCT通過(guò)高頻斬波-變壓器隔離-高頻整流來(lái)實(shí)現(xiàn)一種直流電壓到與之成正比的另一種或多種直流電壓的變換，可用于功率傳輸和電壓檢測(cè)等場(chǎng)合。直流變壓器具有輸入輸出電壓成比例、頻帶寬、易于實(shí)現(xiàn)ZVS開(kāi)關(guān)、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)。

　　近年來(lái)隔離式AC-AC直接變換的研究較多，AC-AC直接變換方案存在的缺陷在于開(kāi)關(guān)管換流時(shí)存在較大的電壓尖峰，這個(gè)電壓尖峰是能量回饋過(guò)程中內(nèi)在的隔離型Boost變換器引起的，較難抑制。本文根據(jù)DCT概念，提出了AC-AC變壓器（AC-ACtransformer，ACT）方案。這種變換方案不進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，占空比乃1，無(wú)需濾波電感/升壓電感，因此無(wú)內(nèi)在的電壓尖峰問(wèn)題。

　　相對(duì)于DCT電路中的高頻斬波頻率來(lái)說(shuō)，低頻交流電壓可視為緩慢變化的直流電壓。因此利用DCT的概念可以實(shí)現(xiàn)一種低頻交流到另一種同頻交流的比例變換，實(shí)現(xiàn)交流變壓器的功能。本文提出了3種通過(guò)DCT的串并聯(lián)合成的ACT結(jié)構(gòu)：①原邊并聯(lián)副邊串聯(lián)；②原邊串聯(lián)副邊串聯(lián)；③米用雙向可控開(kāi)關(guān)。研究了其控制方案，并進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　2AC-AC變壓器的三種結(jié)構(gòu)2.1原邊并聯(lián)副邊串聯(lián)一方案①（a）為ACT實(shí)現(xiàn)原理框圖。交流輸入電壓經(jīng)過(guò)二極管Di和D2整流成兩個(gè)互差n的半波正弦，然后通過(guò)直流變壓器DCTi和DCT2變換成與之成比例的正弦半波，輸出經(jīng)反串組合成與輸入電壓成正比的正弦波Kut.（b）為采用全橋電路和變換方案①構(gòu)成的ACT電路拓?fù)洹?p>　　變壓器繞組1電壓匕1，變壓器繞組2電壓2，輸出電壓Fut.每個(gè)DCT處理輸入電壓的半個(gè)周期，變壓器繞組上電壓為高頻脈沖，體積小重量輕，系統(tǒng)頻帶寬，輸出電壓波形失真度小。方案①的特點(diǎn)是：①保留了DCT體積重量輕、響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管ZVS開(kāi)通等優(yōu)點(diǎn)；②直接利用DCT即可構(gòu)成，易于模塊化；③能量單向傳輸，適用于阻性負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合。

　　驅(qū)動(dòng)電壓，F(xiàn)gs3為S12、S32、S52、S72的驅(qū)動(dòng)電壓，廠gs4為S22、S42、S2、S82的驅(qū)動(dòng)電壓。廠m為輸入電壓（實(shí)線），/為輸出負(fù)載電流（虛線）。該ACT的工作有4種模式：模式A在此種模式下，因輸入電壓Fm>0，S12、S22、S32、S42的寄生反并聯(lián)二極管順向?qū)ǎ鳶52、S62、S72、Ss2由驅(qū)動(dòng)信曰號(hào)gsDCT2驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，直流變壓器DCT1的開(kāi)關(guān)管高頻工作，由于電感電流為負(fù)值，能量回饋到輸入電源rm.輸出電壓Fout正比于Fm.模式B由于此種模式下輸入電壓Fm>0，工作模式和模式A類似，只是電感電流為正，能量由Fm流向Fout.電壓Fm<0，S11、S21、S31、S41的寄生反并聯(lián)二極官順向?qū)ǎ鳶51、S61、S71、Ss1由驅(qū)動(dòng)信曰號(hào)FgsDCT1驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，直流變壓器DCT2的開(kāi)關(guān)管高頻工作，電感電流為正值，輸出電壓為負(fù)值，能量回饋到輸入電源Fm. 2.2原邊串聯(lián)副邊串聯(lián)方案②bookmark3（a）為原邊串聯(lián)副邊串聯(lián)的構(gòu)成方案電路圖（采用全橋電路）。這種方案省去了整流二極管，利用有源開(kāi)關(guān)的寄生反并聯(lián)二極管的順向?qū)?gòu)成回路，正負(fù)半周各有一個(gè)DCT工作，輸出合成整個(gè)正弦波。（b）為工作原理波形（設(shè)負(fù)載電流滯后輸出電壓n/6電角度），其中FgS1為S11、S31、S51、S71的驅(qū)動(dòng)電壓，F(xiàn)gs2為S21、S41、S61、Ss1的模式D由于此種模式下輸入電壓Fm<0，工作模式和模式C類似，只是電感電流為負(fù)值，能量由Fm側(cè)流向Fout側(cè)。

　　除了采用（b）所示的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)方式外，還可以采用下面兩種控制方式：即開(kāi)關(guān)官Sn、S31、S51、S71、S12、S32、S52、S72同步驅(qū)動(dòng)，其余開(kāi)關(guān)管同步驅(qū)動(dòng)。采用此種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：控制信號(hào)容易產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)信號(hào)的隔離放大容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是加了驅(qū)動(dòng)損耗。

　　加低頻開(kāi)關(guān)管。（a）即為加低頻開(kāi)關(guān)管S51和S52的ACT電路，該ACT電路采用推挽正激電路（push-pullforward，PPF）構(gòu)成，其工作原理和采用全橋電路的ACT基本相同。在該電路中，開(kāi)關(guān)管S51和S52的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和由輸入電源電壓和0比較得到，為低頻開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)管S51和S52的作用是構(gòu)成負(fù)載回路。這種做法雖然加了開(kāi)關(guān)管，但工作在低頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)損耗和開(kāi)關(guān)損耗小，并且控制電路比前兩種方案都簡(jiǎn)單。

　　Lid=36mH，開(kāi)關(guān)頻率100kHz.圖中波形依次為：開(kāi)關(guān)管S52和S51的驅(qū)動(dòng)電壓VgsDCT2VgsDCT1，變壓器繞組2電壓V2，變壓器繞組電壓Vi，輸出電壓Vout，輸出電流/.方案②的特點(diǎn)是：①保留了DCT體積重量輕、響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管ZVS開(kāi)通等優(yōu)點(diǎn)；②直接利用DCT即可構(gòu)成，易于模塊化；③高頻整流環(huán)節(jié)的開(kāi)關(guān)管控制工作在低頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)損耗小；④能量雙向傳輸，適用于任意負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合。

　　2.3雙向可控開(kāi)關(guān)方案③（方案②）中，每個(gè)DCT工作半個(gè)低頻周期，變壓器利用率較低。研究了電壓源高頻交流環(huán)節(jié)AC-AC變換器電路拓?fù)洌捎秒p向可控開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)AC-AC的直接變換。該族拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)雙向能量流動(dòng)和輸出電壓調(diào)節(jié)功能。在能量回饋階段，其工作原理為隔離型Boost變換器，因此存在由變壓器漏電感引起的較大的開(kāi)關(guān)管電壓尖峰。和DCT的工作原理一樣，在ACT中由于系統(tǒng)占空比乃1，因此無(wú)需輸出濾波電感。省去輸出濾波電感后構(gòu)成的ACT拓?fù)洌溟_(kāi)關(guān)管電壓小，能量仍可雙向流動(dòng)，只是輸出電壓無(wú)調(diào)節(jié)能力。DCT中的高頻逆變/整流電路和高頻整流/逆變電路中的開(kāi)關(guān)管換成雙向可控開(kāi)關(guān)，并給出一定的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，即可構(gòu)成此類ACT.為采用雙向可控開(kāi)關(guān)的全橋式ACT拓?fù)浼捌湓聿ㄐ巍Ｆ渲蠽gSi為S、S31、S51、S71的驅(qū)動(dòng)電壓，Vgs2為S21、S41、S61、S81的驅(qū)動(dòng)為S12、S32、S52、S72的驅(qū)動(dòng)電壓，Vgs4為S22、S42、S62、S82的驅(qū)動(dòng)電壓。其工作原理和方案②相似，不再贅述。

　　開(kāi)關(guān)頻率100kHz.圖中波形依次為：橋臂驅(qū)動(dòng)電輸出電壓Vout，輸出電流/out.此種方案米用雙向可控開(kāi)關(guān)，使高頻變壓器在輸入電壓的整個(gè)周期中都參與工作，節(jié)省了一個(gè)高頻變壓器。方案③的特點(diǎn)是：①保留了DCT體積重量輕、響應(yīng)速度快，易于實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管ZVS開(kāi)通等優(yōu)點(diǎn)；②高頻變壓器在輸入電壓的整個(gè)周期中都參與工作，進(jìn)一步減輕了體積重量；③能量雙向傳輸，適用于任意負(fù)載應(yīng)用場(chǎng)合；④需要較復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)控制。

　　100kHz，S01、S02、S51、S52的開(kāi)關(guān)頻率和輸入電壓與0V比較得到的方波電壓頻率一致。

　　3.2高頻斬波波形中的4個(gè)通道的波形依次為：輸入電壓rm、開(kāi)關(guān)管S01、S51的驅(qū)動(dòng)電壓FgsDCTl、變壓器繞組灰11上的電壓Fp1、開(kāi)關(guān)管S41的漏源電壓F41.其中（a）：輸入電壓為無(wú)偏置正弦波情況下的波形；（b）：輸入電壓為有偏置的三角波；（c）輸入電壓為全偏置正弦波。在3種情況下，開(kāi)關(guān)管S51的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)廠gss51與由輸入電壓和0V比較得到的方波電壓一致。當(dāng)變換器的輸入電壓為全偏置的波形時(shí)（如（c）），ACT中DCT2不再工作，而由DCTi變換整個(gè)周期的輸入電壓。能夠變換有偏置的電壓是ACT的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。

　　50奶格丨> 20V/格廣（a）無(wú)偏置正弦波（b）有偏置三角波3試驗(yàn)驗(yàn)證3.1樣機(jī)規(guī)格本文給出的3種ACT結(jié)構(gòu)，采用全橋電路為例進(jìn)行了原理分析，實(shí)際上半橋電路、推挽電路、推挽正激電路都可以實(shí)現(xiàn)本文的ACT功能。由于推挽正激電路中箝位電容的良好箝位作用，本節(jié)在原有的推挽正激DCT試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)上，利用（a）所示的推挽正激ACT電路構(gòu)造試驗(yàn)樣機(jī)。樣機(jī)規(guī)格為：輸入電壓峰值IRnmaxl：40V，輸出電壓峰（c）全偏置正弦波注：試驗(yàn)波形中的第3和第4通道電壓波形的頻率為100kHz，顯示的頻率較低是TDS420示波器帶寬等原因造成的推挽正激ACT試驗(yàn)波形3.3阻性負(fù)載試驗(yàn)波形弦波），在阻性負(fù)載下的輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流波形。其中三角波輸入電壓有8V的直流偏置，400Hz正弦波輸入電壓THD為0.3%，輸出電壓的THD為0.8%.可見(jiàn)，該ACT對(duì)輸入電壓波形、偏置量沒(méi)有選擇性。0400Hz波形的高質(zhì)量變換，說(shuō)明該變換器的頻帶很寬。

　　推挽正激ACT輸入輸出電壓電流波形（阻性負(fù)載）3.4感性負(fù)載試驗(yàn)波形0為感性負(fù)載下的試驗(yàn)波形，3張圖的4個(gè)通道分別為：輸入電壓、輸入電流、輸出電壓、輸出電流。3張圖的輸出和負(fù)載情況依次為：6Hz方波（2滯后），200Hz三角波（53.9滯后），400Hz正弦波（74.6滯后）。ACT可以帶有感性負(fù)載。

　　負(fù)載）情況下的變換效率為92.8%. 0推挽正激ACT輸入輸出電壓電流波形4結(jié)論的特點(diǎn)：①體積小、重量輕，功率密度高；②具有寬頻帶；③可以對(duì)各種形狀低頻功率電壓進(jìn)行比例變換；④系統(tǒng)慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；⑤能量可以雙向流動(dòng)，可以帶各種性質(zhì)負(fù)載。