DC-DC变换器有输出稳压的DC-DC变换器和输出电压不调节的直流变压器（directcurrenttransformer，DCT）两种基本类型。DCT通过高频斩波-变压器隔离-高频整流来实现一种直流电压到与之成正比的另一种或多种直流电压的变换，可用于功率传输和电压检测等场合。直流变压器具有输入输出电压成比例、频带宽、易于实现ZVS开关、功率密度高等优点。

　　近年来隔离式AC-AC直接变换的研究较多，AC-AC直接变换方案存在的缺陷在于开关管换流时存在较大的电压尖峰，这个电压尖峰是能量回馈过程中内在的隔离型Boost变换器引起的，较难抑制。本文根据DCT概念，提出了AC-AC变压器（AC-ACtransformer，ACT）方案。这种变换方案不进行电压调节，占空比乃1，无需滤波电感/升压电感，因此无内在的电压尖峰问题。

　　相对于DCT电路中的高频斩波频率来说，低频交流电压可视为缓慢变化的直流电压。因此利用DCT的概念可以实现一种低频交流到另一种同频交流的比例变换，实现交流变压器的功能。本文提出了3种通过DCT的串并联合成的ACT结构：①原边并联副边串联；②原边串联副边串联；③米用双向可控开关。研究了其控制方案，并进行了仿真和试验验证。

　　2AC-AC变压器的三种结构2.1原边并联副边串联一方案①（a）为ACT实现原理框图。交流输入电压经过二极管Di和D2整流成两个互差n的半波正弦，然后通过直流变压器DCTi和DCT2变换成与之成比例的正弦半波，输出经反串组合成与输入电压成正比的正弦波Kut.（b）为采用全桥电路和变换方案①构成的ACT电路拓扑。

　　变压器绕组1电压匕1，变压器绕组2电压2，输出电压Fut.每个DCT处理输入电压的半个周期，变压器绕组上电压为高频脉冲，体积小重量轻，系统频带宽，输出电压波形失真度小。方案①的特点是：①保留了DCT体积重量轻、响应速度快，易于实现开关管ZVS开通等优点；②直接利用DCT即可构成，易于模块化；③能量单向传输，适用于阻性负载应用场合。

　　驱动电压，Fgs3为S12、S32、S52、S72的驱动电压，厂gs4为S22、S42、S2、S82的驱动电压。厂m为输入电压（实线），/为输出负载电流（虚线）。该ACT的工作有4种模式：模式A在此种模式下，因输入电压Fm>0，S12、S22、S32、S42的寄生反并联二极管顺向导通，而S52、S62、S72、Ss2由驱动信曰号gsDCT2驱动导通，直流变压器DCT1的开关管高频工作，由于电感电流为负值，能量回馈到输入电源rm.输出电压Fout正比于Fm.模式B由于此种模式下输入电压Fm>0，工作模式和模式A类似，只是电感电流为正，能量由Fm流向Fout.电压Fm<0，S11、S21、S31、S41的寄生反并联二极官顺向导通，而S51、S61、S71、Ss1由驱动信曰号FgsDCT1驱动导通，直流变压器DCT2的开关管高频工作，电感电流为正值，输出电压为负值，能量回馈到输入电源Fm. 2.2原边串联副边串联方案②bookmark3（a）为原边串联副边串联的构成方案电路图（采用全桥电路）。这种方案省去了整流二极管，利用有源开关的寄生反并联二极管的顺向导通构成回路，正负半周各有一个DCT工作，输出合成整个正弦波。（b）为工作原理波形（设负载电流滞后输出电压n/6电角度），其中FgS1为S11、S31、S51、S71的驱动电压，Fgs2为S21、S41、S61、Ss1的模式D由于此种模式下输入电压Fm<0，工作模式和模式C类似，只是电感电流为负值，能量由Fm侧流向Fout侧。

　　除了采用（b）所示的开关管驱动方式外，还可以采用下面两种控制方式：即开关官Sn、S31、S51、S71、S12、S32、S52、S72同步驱动，其余开关管同步驱动。采用此种方式的优点在于：控制信号容易产生、驱动信号的隔离放大容易实现；缺点是加了驱动损耗。

　　加低频开关管。（a）即为加低频开关管S51和S52的ACT电路，该ACT电路采用推挽正激电路（push-pullforward，PPF）构成，其工作原理和采用全桥电路的ACT基本相同。在该电路中，开关管S51和S52的驱动信号和由输入电源电压和0比较得到，为低频开关。开关管S51和S52的作用是构成负载回路。这种做法虽然加了开关管，但工作在低频开关状态，驱动损耗和开关损耗小，并且控制电路比前两种方案都简单。

　　Lid=36mH，开关频率100kHz.图中波形依次为：开关管S52和S51的驱动电压VgsDCT2VgsDCT1，变压器绕组2电压V2，变压器绕组电压Vi，输出电压Vout，输出电流/.方案②的特点是：①保留了DCT体积重量轻、响应速度快，易于实现开关管ZVS开通等优点；②直接利用DCT即可构成，易于模块化；③高频整流环节的开关管控制工作在低频开关状态，开关损耗小；④能量双向传输，适用于任意负载应用场合。

　　2.3双向可控开关方案③（方案②）中，每个DCT工作半个低频周期，变压器利用率较低。研究了电压源高频交流环节AC-AC变换器电路拓扑，采用双向可控开关，实现AC-AC的直接变换。该族拓扑可实现双向能量流动和输出电压调节功能。在能量回馈阶段，其工作原理为隔离型Boost变换器，因此存在由变压器漏电感引起的较大的开关管电压尖峰。和DCT的工作原理一样，在ACT中由于系统占空比乃1，因此无需输出滤波电感。省去输出滤波电感后构成的ACT拓扑，其开关管电压小，能量仍可双向流动，只是输出电压无调节能力。DCT中的高频逆变/整流电路和高频整流/逆变电路中的开关管换成双向可控开关，并给出一定的驱动信号，即可构成此类ACT.为采用双向可控开关的全桥式ACT拓扑及其原理波形。其中VgSi为S、S31、S51、S71的驱动电压，Vgs2为S21、S41、S61、S81的驱动为S12、S32、S52、S72的驱动电压，Vgs4为S22、S42、S62、S82的驱动电压。其工作原理和方案②相似，不再赘述。

　　开关频率100kHz.图中波形依次为：桥臂驱动电输出电压Vout，输出电流/out.此种方案米用双向可控开关，使高频变压器在输入电压的整个周期中都参与工作，节省了一个高频变压器。方案③的特点是：①保留了DCT体积重量轻、响应速度快，易于实现开关管ZVS开通等优点；②高频变压器在输入电压的整个周期中都参与工作，进一步减轻了体积重量；③能量双向传输，适用于任意负载应用场合；④需要较复杂的驱动控制。

　　100kHz，S01、S02、S51、S52的开关频率和输入电压与0V比较得到的方波电压频率一致。

　　3.2高频斩波波形中的4个通道的波形依次为：输入电压rm、开关管S01、S51的驱动电压FgsDCTl、变压器绕组灰11上的电压Fp1、开关管S41的漏源电压F41.其中（a）：输入电压为无偏置正弦波情况下的波形；（b）：输入电压为有偏置的三角波；（c）输入电压为全偏置正弦波。在3种情况下，开关管S51的驱动电压信号厂gss51与由输入电压和0V比较得到的方波电压一致。当变换器的输入电压为全偏置的波形时（如（c）），ACT中DCT2不再工作，而由DCTi变换整个周期的输入电压。能够变换有偏置的电压是ACT的一个显著优点。

　　50奶格丨> 20V/格广（a）无偏置正弦波（b）有偏置三角波3试验验证3.1样机规格本文给出的3种ACT结构，采用全桥电路为例进行了原理分析，实际上半桥电路、推挽电路、推挽正激电路都可以实现本文的ACT功能。由于推挽正激电路中箝位电容的良好箝位作用，本节在原有的推挽正激DCT试验平台基础上，利用（a）所示的推挽正激ACT电路构造试验样机。样机规格为：输入电压峰值IRnmaxl：40V，输出电压峰（c）全偏置正弦波注：试验波形中的第3和第4通道电压波形的频率为100kHz，显示的频率较低是TDS420示波器带宽等原因造成的推挽正激ACT试验波形3.3阻性负载试验波形弦波），在阻性负载下的输入电压、输入电流、输出电压、输出电流波形。其中三角波输入电压有8V的直流偏置，400Hz正弦波输入电压THD为0.3%，输出电压的THD为0.8%.可见，该ACT对输入电压波形、偏置量没有选择性。0400Hz波形的高质量变换，说明该变换器的频带很宽。

　　推挽正激ACT输入输出电压电流波形（阻性负载）3.4感性负载试验波形0为感性负载下的试验波形，3张图的4个通道分别为：输入电压、输入电流、输出电压、输出电流。3张图的输出和负载情况依次为：6Hz方波（2滞后），200Hz三角波（53.9滞后），400Hz正弦波（74.6滞后）。ACT可以带有感性负载。

　　负载）情况下的变换效率为92.8%. 0推挽正激ACT输入输出电压电流波形4结论的特点：①体积小、重量轻，功率密度高；②具有宽频带；③可以对各种形状低频功率电压进行比例变换；④系统惯性小，动态响应快；⑤能量可以双向流动，可以带各种性质负载。