??? 摘 要： 針對典型的Boost ZCT-PWM 變換器" title="變換器">變換器中存在的主開關(guān)管" title="開關(guān)管">開關(guān)管并非零電流" title="零電流">零電流開通的問題，對原有電路做了改進(jìn)，提出了一種新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法，實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管的零電流開通和關(guān)斷" title="關(guān)斷">關(guān)斷，改善了變換器的工作狀況，降低了開通損耗。仿真結(jié)果表明，這種新型的改進(jìn)電路確實(shí)達(dá)到了預(yù)期的效果。
??? 關(guān)鍵詞： 變換器? 脈寬調(diào)制? 軟開關(guān)? 仿真
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??? 提高開關(guān)頻率是解決電源裝置輕小化的可行方法。但在硬開關(guān)電路中，開關(guān)器件的損耗隨開關(guān)頻率的提高而增加，使電源效率降低，開關(guān)器件發(fā)熱嚴(yán)重。軟開關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)使這些問題得到了很好的解決[1]。Boost電路作為一種基本的DC/DC變換器，已廣泛應(yīng)用于各種電源設(shè)計(jì)。典型的Boost零電流過渡PWM電路只實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管的零電流關(guān)斷，但其開通電流很大，增大了主開關(guān)管的電流應(yīng)力，也增大了開通損耗[2]。本文對傳統(tǒng)的Boost ZCT-PWM 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法均加以改進(jìn)，使主開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)。
1 典型Boot ZCT-PWM電路工作原理及其不足
??? 圖1示出典型 Boost ZCT-PWM 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其主要工作波形。主開關(guān)管Q1超前于輔助開關(guān)管Qa開通，設(shè)Qa開通時(shí)刻為t0，在t0～t1時(shí)段，Q1和Qa均導(dǎo)通" title="導(dǎo)通">導(dǎo)通，施加在輔助支路La、Ca兩端的電壓為零，輔助元件La、Ca開始諧振。在t1～t3時(shí)段，La、Ca繼續(xù)諧振，諧振電流
大于輸入電流iin, Q1的反并聯(lián)二極管D1導(dǎo)通，可實(shí)現(xiàn)Q1零電流關(guān)斷。在t3時(shí)刻，Qa關(guān)斷。在t3～t4時(shí)段，升壓二極管DR、輔助二極管Da均導(dǎo)通，La、Ca繼續(xù)諧振。在t4～t5時(shí)段，電路工作在基本的Boost電路工作狀態(tài)下。在t5時(shí)刻，Q1開通，流過其上的電流立即上升到iin?？梢?，其屬于硬開通，同時(shí)DR關(guān)斷，存在嚴(yán)重的反向恢復(fù)問題。由上述分析可見，電路中Q1的開通是典型的硬開關(guān)過程，其開通時(shí)的開通電流很大，故其損耗也會顯著增大。
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2 改進(jìn)的BOOST ZCT-PWM電路工作原理
??? 為了改善傳統(tǒng)Boost ZCT-PWM電路的工作環(huán)境，現(xiàn)對原電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法進(jìn)行改進(jìn)。在Q1支路中串入了一個(gè)小電感L1以限制其開通時(shí)的電流上升速度，使升壓二極管DR的反向恢復(fù)電流得到抑制。圖2為改進(jìn)后的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和主要的工作波形。
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??? 在理論分析之前做如下假設(shè)：（1）電路中所有元器件都是理想的。（2）由于輸入濾波電感足夠大，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸入濾波電感和電壓源可用恒值電流源Iin代替。由于輸出電容及輸出電路時(shí)間常數(shù)足夠大,在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓可用電壓源U0來代替。
??? 為便于分析,在這里以輔助開關(guān)管Qa的開通時(shí)刻為起點(diǎn)，一個(gè)周期分為八個(gè)時(shí)段，其波形如圖2(b)所示。
??? (1)時(shí)段1[t0～t1]在時(shí)刻t0，Qa開通，由于有La的存在，Qa零電流開通，Q1和Qa均導(dǎo)通，L1、La和Ca開始諧振。其等效電路圖如圖3(a)所示。
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??? 該時(shí)段內(nèi)滿足的電路方程為：
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??? (2)時(shí)段2[t1-t2] 在t1時(shí)刻，D1開通，L1、La和Ca繼續(xù)諧振，其等效電路圖如圖3(a)所示，電路方程也與時(shí)段1相同。
達(dá)到最小值，其值為
??? (3)時(shí)段3[t2-t3]在此時(shí)段，電路繼續(xù)諧振，等效電路和電路方程同上，
在此時(shí)段內(nèi)關(guān)斷Q1，即可實(shí)現(xiàn)主開關(guān)管零電流關(guān)斷。
??? (4)時(shí)段4[t3-t4]在此時(shí)段前，Q1已經(jīng)關(guān)斷，其關(guān)斷后升壓電感電流通過升壓二極管DR流入負(fù)載，輸入電壓和升壓電感電壓給負(fù)載供電，同時(shí)輔助二極管D2導(dǎo)通，輔助電感電流通過輔助二極管D2流入負(fù)載。La電流繼續(xù)減小，Ca繼續(xù)正向充電。等效電路圖如圖3(b)所示。
??? 電路方程為：
??? (5)時(shí)段5[t4-t6]在此時(shí)段，輔助電路停止工作，輸入直流電壓和升壓電感電壓同時(shí)給負(fù)載提供能量，與基本的Boost電路開關(guān)管開通工作情況一樣。
??? (6)時(shí)段6[t5-t6]在時(shí)刻t5，Q1開通，因其支路上串入了電感L1，Q1不能突變，升壓二極管保持導(dǎo)通，則施加在L1兩端的電壓
線性增加，當(dāng)增加至Iin時(shí)DR自然關(guān)斷。主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流開通，同時(shí)抑制了升壓二極管DR的反向恢復(fù)。
??? (7)時(shí)段7[t6-t7]在t6時(shí)刻，
輔助電路開始工作，L1、La和Ca開始諧振，等效電路圖如圖4所示。
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??? 電路方程為：
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??? (8)時(shí)段8[t7-t8]輔助電路停止工作，負(fù)載能量由輸出濾波電容Cf提供，升壓電感儲存能量，與基本Boost電路開關(guān)管關(guān)斷工作狀態(tài)一樣。
??? 另外，在本電路拓?fù)渲?，在L1與輸出之間可接入一個(gè)二極管D3，作為過壓保護(hù)，防止由于控制電路時(shí)序紊亂或工作不正常導(dǎo)致L1上產(chǎn)生的電壓尖峰對主開關(guān)管的損壞，正常工作情況下此支路不導(dǎo)通。
3 實(shí)驗(yàn)及仿真結(jié)果
??? 為了驗(yàn)證以上分析，利用MATLAB6.5仿真軟件對改進(jìn)的Boost ZCT-PWM變換器建立了仿真模型。通過計(jì)算選用以下參數(shù)：
??? Uin＝250V,U0≈500V，fs=100kHz,P≈1200W,輸出電壓紋波
??? 圖5為改進(jìn)的Boost ZCT-PWM變換器的仿真波形。由仿真結(jié)果可以看出，主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流開通與關(guān)斷。
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??? 改進(jìn)的Boost ZCT-PWM 電路在新的控制方式下，其主開關(guān)管是在ZCS條件下開通與關(guān)斷的，其輔助開關(guān)管是在零電壓、零電流條件下開通的，實(shí)現(xiàn)了軟通斷，改善了開關(guān)環(huán)境，減小了開通與關(guān)斷損耗，從而實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，并且本電路在二極管D3保護(hù)下，主開關(guān)管可以在更安全的環(huán)境下工作。
參考文獻(xiàn)
[1] 阮新波，嚴(yán)仰光.直流開關(guān)電源的軟開關(guān)技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社， 2000.
[2]?王聰.軟開關(guān)功率變換器及其應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，?2000.
[3]?陸冬良,張代潤,黃念慈.全軟開關(guān)Boost ZCT-PWM變換器[J]. 電力電子技術(shù),2006,(4).