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高功率密度和高效率是开关电源永恒的追求。为了在高频下追求更高的效率,实现功率器件的软开关是一种必要的手段。目前实现软开关的主流拓扑多为移相类拓扑和谐振类拓扑。然而,移相全桥拓扑滞后臂的软开关难以实现;更高频率对更大励磁电流的需求限制了LLC谐振拓扑的高频效率;传统的两级LLC谐振拓扑无法实现全部功率器件的软开关。针对上述问题,本文根据不同的应用需求,利用共用桥臂技术,提出了五种新型拓扑结构,并对这些拓扑的工作原理及相关特性进行了分析和研究。之后通过搭建样机,对这五种拓扑的特性进行实验验证。实验结果显示,这五种拓扑的效率和开关频率相对同类拓扑均有很大的提高。主要创新成果如下:(1)为解决移相全桥拓扑滞后臂软开关难以实现的问题,提出了全由超前臂组成的移相三桥拓扑结构。通过共用桥臂,组成三个全桥结构的所有三个桥臂均可同时作为超前臂和滞后臂工作。因此,其原边所有开关管均能在全负载范围内快速地实现软开关。样机测试结果显示:移相三桥变换器的开关频率为300kHz,在不使用同步整流的情况下峰值效率为90.4%,同条件下相比同类拓扑提高了3%以上。(2)为拓宽移相三桥拓扑的调压范围,提出了适用于不同调压范围的移相双桥和移相单桥拓扑结构。这两种拓扑将移相三桥拓扑中的部分变压器替换为电感,通过桥臂间的相移来调节输出电压。样机测试结果显示:移相双桥和移相单桥变换器的开关频率为300kHz,在不使用同步整流的情况下,峰值效率分别为94.7%和93.8%。(3)为提高移相三桥拓扑的开关频率,提出了移相三桥软开关拓扑。该拓扑在移相三桥拓扑的基础上去除了三个输出电感,使变压器工作在DCM模式,以此实现副边整流器件的软开关。样机测试结果显示:移相三桥软开关变换器的开关频率为1MHz,功率密度843W/in~3,峰值效率96.6%,同条件下相比同类拓扑提高了1%左右。(4)针对两级LLC变换器调压电路软开关难以实现的问题,提出了软开关升降压谐振LLC两级拓扑结构。该拓扑能够利用前级电感中正向和负向的电流,实现全部开关管的ZVS开启,同时有效减小了后级LLC电路实现软开关所需的励磁电流。样机测试结果显示:软开关升降压谐振LLC变换器的开关频率为1MHz,功率密度414W/in~3,峰值效率95.6%,同条件下相比同类拓扑提高了3%以上。这五种拓扑结构均以共用桥臂技术为基础,提高了系统的功率密度和软开关实现能力。其中,能够使变压器工作在CCM模式下的移相三桥、移相双桥以及移相单桥拓扑,更加适用于功率级别较高,对系统的导通损耗更为敏感的场合。而使副边整流管也能够实现ZCS关断的移相三桥软开关拓扑和软开关升降压谐振LLC两级拓扑,则更适用于对开关损耗更为敏感的高频高功率密度应用。其中,移相双桥、移相单桥以及软开关升降压谐振LLC拓扑,以牺牲一部分效率和功率密度为代价,更适用于宽调压范围的应用。