DC-DC變換器有輸出穩壓的DC-DC變換器和輸出電壓不調節的直流變壓器（directcurrenttransformer，DCT）兩種基本類型。DCT通過高頻斬波-變壓器隔離-高頻整流來實現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等場合。直流變壓器具有輸入輸出電壓成比例、頻帶寬、易于實現ZVS開關、功率密度高等優點。

　　近年來隔離式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關管換流時存在較大的電壓尖峰，這個電壓尖峰是能量回饋過程中內在的隔離型Boost變換器引起的，較難抑制。本文根據DCT概念，提出了AC-AC變壓器（AC-ACtransformer，ACT）方案。這種變換方案不進行電壓調節，占空比乃1，無需濾波電感/升壓電感，因此無內在的電壓尖峰問題。

　　相對于DCT電路中的高頻斬波頻率來說，低頻交流電壓可視為緩慢變化的直流電壓。因此利用DCT的概念可以實現一種低頻交流到另一種同頻交流的比例變換，實現交流變壓器的功能。本文提出了3種通過DCT的串并聯合成的ACT結構：①原邊并聯副邊串聯；②原邊串聯副邊串聯；③米用雙向可控開關。研究了其控制方案，并進行了仿真和試驗驗證。

　　2AC-AC變壓器的三種結構2.1原邊并聯副邊串聯一方案①（a）為ACT實現原理框圖。交流輸入電壓經過二極管Di和D2整流成兩個互差n的半波正弦，然后通過直流變壓器DCTi和DCT2變換成與之成比例的正弦半波，輸出經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構成的ACT電路拓撲。

　　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DCT處理輸入電壓的半個周期，變壓器繞組上電壓為高頻脈沖，體積小重量輕，系統頻帶寬，輸出電壓波形失真度小。方案①的特點是：①保留了DCT體積重量輕、響應速度快，易于實現開關管ZVS開通等優點；②直接利用DCT即可構成，易于模塊化；③能量單向傳輸，適用于阻性負載應用場合。

　　驅動電壓，Fgs3為S12、S32、S52、S72的驅動電壓，廠gs4為S22、S42、S2、S82的驅動電壓。廠m為輸入電壓（實線），/為輸出負載電流（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的寄生反并聯二極管順向導通，而S52、S62、S72、Ss2由驅動信曰號gsDCT2驅動導通，直流變壓器DCT1的開關管高頻工作，由于電感電流為負值，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的寄生反并聯二極官順向導通，而S51、S61、S71、Ss1由驅動信曰號FgsDCT1驅動導通，直流變壓器DCT2的開關管高頻工作，電感電流為正值，輸出電壓為負值，能量回饋到輸入電源Fm. 2.2原邊串聯副邊串聯方案②bookmark3（a）為原邊串聯副邊串聯的構成方案電路圖（采用全橋電路）。這種方案省去了整流二極管，利用有源開關的寄生反并聯二極管的順向導通構成回路，正負半周各有一個DCT工作，輸出合成整個正弦波。（b）為工作原理波形（設負載電流滯后輸出電壓n/6電角度），其中FgS1為S11、S31、S51、S71的驅動電壓，Fgs2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，只是電感電流為負值，能量由Fm側流向Fout側。

　　除了采用（b）所示的開關管驅動方式外，還可以采用下面兩種控制方式：即開關官Sn、S31、S51、S71、S12、S32、S52、S72同步驅動，其余開關管同步驅動。采用此種方式的優點在于：控制信號容易產生、驅動信號的隔離放大容易實現；缺點是加了驅動損耗。

　　加低頻開關管。（a）即為加低頻開關管S51和S52的ACT電路，該ACT電路采用推挽正激電路（push-pullforward，PPF）構成，其工作原理和采用全橋電路的ACT基本相同。在該電路中，開關管S51和S52的驅動信號和由輸入電源電壓和0比較得到，為低頻開關。開關管S51和S52的作用是構成負載回路。這種做法雖然加了開關管，但工作在低頻開關狀態，驅動損耗和開關損耗小，并且控制電路比前兩種方案都簡單。

　　Lid=36mH，開關頻率100kHz.圖中波形依次為：開關管S52和S51的驅動電壓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的特點是：①保留了DCT體積重量輕、響應速度快，易于實現開關管ZVS開通等優點；②直接利用DCT即可構成，易于模塊化；③高頻整流環節的開關管控制工作在低頻開關狀態，開關損耗??；④能量雙向傳輸，適用于任意負載應用場合。

　　2.3雙向可控開關方案③（方案②）中，每個DCT工作半個低頻周期，變壓器利用率較低。研究了電壓源高頻交流環節AC-AC變換器電路拓撲，采用雙向可控開關，實現AC-AC的直接變換。該族拓撲可實現雙向能量流動和輸出電壓調節功能。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關管電壓尖峰。和DCT的工作原理一樣，在ACT中由于系統占空比乃1，因此無需輸出濾波電感。省去輸出濾波電感后構成的ACT拓撲，其開關管電壓小，能量仍可雙向流動，只是輸出電壓無調節能力。DCT中的高頻逆變/整流電路和高頻整流/逆變電路中的開關管換成雙向可控開關，并給出一定的驅動信號，即可構成此類ACT.為采用雙向可控開關的全橋式ACT拓撲及其原理波形。其中VgSi為S、S31、S51、S71的驅動電壓，Vgs2為S21、S41、S61、S81的驅動為S12、S32、S52、S72的驅動電壓，Vgs4為S22、S42、S62、S82的驅動電壓。其工作原理和方案②相似，不再贅述。

　　開關頻率100kHz.圖中波形依次為：橋臂驅動電輸出電壓Vout，輸出電流/out.此種方案米用雙向可控開關，使高頻變壓器在輸入電壓的整個周期中都參與工作，節省了一個高頻變壓器。方案③的特點是：①保留了DCT體積重量輕、響應速度快，易于實現開關管ZVS開通等優點；②高頻變壓器在輸入電壓的整個周期中都參與工作，進一步減輕了體積重量；③能量雙向傳輸，適用于任意負載應用場合；④需要較復雜的驅動控制。

　　100kHz，S01、S02、S51、S52的開關頻率和輸入電壓與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個通道的波形依次為：輸入電壓rm、開關管S01、S51的驅動電壓FgsDCTl、變壓器繞組灰11上的電壓Fp1、開關管S41的漏源電壓F41.其中（a）：輸入電壓為無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，開關管S51的驅動電壓信號廠gss51與由輸入電壓和0V比較得到的方波電壓一致。當變換器的輸入電壓為全偏置的波形時（如（c）），ACT中DCT2不再工作，而由DCTi變換整個周期的輸入電壓。能夠變換有偏置的電壓是ACT的一個顯著優點。

　　50奶格丨> 20V/格廣（a）無偏置正弦波（b）有偏置三角波3試驗驗證3.1樣機規格本文給出的3種ACT結構，采用全橋電路為例進行了原理分析，實際上半橋電路、推挽電路、推挽正激電路都可以實現本文的ACT功能。由于推挽正激電路中箝位電容的良好箝位作用，本節在原有的推挽正激DCT試驗平臺基礎上，利用（a）所示的推挽正激ACT電路構造試驗樣機。樣機規格為：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試驗波形3.3阻性負載試驗波形弦波），在阻性負載下的輸入電壓、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，該ACT對輸入電壓波形、偏置量沒有選擇性。0400Hz波形的高質量變換，說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（阻性負載）3.4感性負載試驗波形0為感性負載下的試驗波形，3張圖的4個通道分別為：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可以帶有感性負載。

　　負載）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結論的特點：①體積小、重量輕，功率密度高；②具有寬頻帶；③可以對各種形狀低頻功率電壓進行比例變換；④系統慣性小，動態響應快；⑤能量可以雙向流動，可以帶各種性質負載。