2 循环转换器基础知识

循环转换器或循环逆变器通过合成无中间直流链路的交流电源各段的输出波形，将一种恒定幅度和频率的交流波形转换为另一种较低频率的交流波形。对于微型逆变器或便携式电源站的用例，输入波形为纯直流。输出为交流电网连接。图 2-1 直观显示了可能的实施方案。

图 2-1 直流侧全桥和交流侧半桥的循环转换器

在本例中，直流侧实施全桥，在变压器 T1 的初级侧生成输入信号 V_P。交流侧实施半桥配置（带电容分压器），模拟次级侧各段 V_S 的交流输出 V_GRID。

对于正输出信号，开关 S1B 和 S2B 永久导通。该转换器可视为以相移方式运行的双有源电桥。对 S1A 施加 PWM，对 S2A 施加互补，则两者的输出电压和电流类似。传输的功率大小由 V_P 和 V_S 之间的相移决定。对于负输出电压，S1A 和 S2A 永久导通。同样，开关 S1B 和 S2B 会形成一个用于负输出电压和电流的相移双有源电桥。

在参考设计 TIDA-010954 中，TI 的 GaN 器件用于以快速开关频率运行转换器，以尽可能减小所有磁性元件的体积，同时不牺牲效率。

为何使用 GaN？

• 循环转换器是一种软开关拓扑，这意味着导通损耗可以忽略不计。
• 与 SiC 或 SiFET 相比，GaN FET 的关断损耗要低得多。
• GaN 器件的输出电容 COSS 低于 SiFET。这有助于实现更宽的零电压开关范围。
• 导通损耗由器件的 R_DSON 引起，这决定了转换器最终将有多少损耗。

初级侧使用的器件是 100V GaN 半桥 LMG2100R026（R_DSON 为 2.6mΩ）。对于次级侧，使用的是带集成栅极驱动器的 650V GaN 器件：LMG3650R035（R_DSON 为 35mΩ）。