??? 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管" title="開關管">開關管并非零電流" title="零電流">零電流開通的問題，對原有電路做了改進，提出了一種新的拓撲結構和控制方法，實現(xiàn)了主開關管的零電流開通和關斷" title="關斷">關斷，改善了變換器的工作狀況，降低了開通損耗。仿真結果表明，這種新型的改進電路確實達到了預期的效果。
??? 關鍵詞： 變換器? 脈寬調制? 軟開關? 仿真
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??? 提高開關頻率是解決電源裝置輕小化的可行方法。但在硬開關電路中，開關器件的損耗隨開關頻率的提高而增加，使電源效率降低，開關器件發(fā)熱嚴重。軟開關技術的出現(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，已廣泛應用于各種電源設計。典型的Boost零電流過渡PWM電路只實現(xiàn)了主開關管的零電流關斷，但其開通電流很大，增大了主開關管的電流應力，也增大了開通損耗[2]。本文對傳統(tǒng)的Boost ZCT-PWM 電路拓撲結構及控制方法均加以改進，使主開關器件實現(xiàn)了軟開關。
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 電路拓撲結構及其主要工作波形。主開關管Q1超前于輔助開關管Qa開通，設Qa開通時刻為t0，在t0～t1時段，Q1和Qa均導通" title="導通">導通，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導通，可實現(xiàn)Q1零電流關斷。在t3時刻，Qa關斷。在t3～t4時段，升壓二極管DR、輔助二極管Da均導通，La、Ca繼續(xù)諧振。在t4～t5時段，電路工作在基本的Boost電路工作狀態(tài)下。在t5時刻，Q1開通，流過其上的電流立即上升到iin。可見，其屬于硬開通，同時DR關斷，存在嚴重的反向恢復問題。由上述分析可見，電路中Q1的開通是典型的硬開關過程，其開通時的開通電流很大，故其損耗也會顯著增大。
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2 改進的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)對原電路拓撲結構及控制方法進行改進。在Q1支路中串入了一個小電感L1以限制其開通時的電流上升速度，使升壓二極管DR的反向恢復電流得到抑制。圖2為改進后的電路拓撲結構和主要的工作波形。
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??? 在理論分析之前做如下假設：（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，在一個開關周期內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間常數(shù)足夠大,在一個開關周期內輸出電壓可用電壓源U0來代替。
??? 為便于分析,在這里以輔助開關管Qa的開通時刻為起點，一個周期分為八個時段，其波形如圖2(b)所示。
??? (1)時段1[t0～t1]在時刻t0，Qa開通，由于有La的存在，Qa零電流開通，Q1和Qa均導通，L1、La和Ca開始諧振。其等效電路圖如圖3(a)所示。
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??? 該時段內滿足的電路方程為：
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??? (2)時段2[t1-t2] 在t1時刻，D1開通，L1、La和Ca繼續(xù)諧振，其等效電路圖如圖3(a)所示，電路方程也與時段1相同。
達到最小值，其值為
??? (3)時段3[t2-t3]在此時段，電路繼續(xù)諧振，等效電路和電路方程同上，
在此時段內關斷Q1，即可實現(xiàn)主開關管零電流關斷。
??? (4)時段4[t3-t4]在此時段前，Q1已經關斷，其關斷后升壓電感電流通過升壓二極管DR流入負載，輸入電壓和升壓電感電壓給負載供電，同時輔助二極管D2導通，輔助電感電流通過輔助二極管D2流入負載。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)時段5[t4-t6]在此時段，輔助電路停止工作，輸入直流電壓和升壓電感電壓同時給負載提供能量，與基本的Boost電路開關管開通工作情況一樣。
??? (6)時段6[t5-t6]在時刻t5，Q1開通，因其支路上串入了電感L1，Q1不能突變，升壓二極管保持導通，則施加在L1兩端的電壓
線性增加，當增加至Iin時DR自然關斷。主開關管實現(xiàn)了零電流開通，同時抑制了升壓二極管DR的反向恢復。
??? (7)時段7[t6-t7]在t6時刻，
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)時段8[t7-t8]輔助電路停止工作，負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電路開關管關斷工作狀態(tài)一樣。
??? 另外，在本電路拓撲中，在L1與輸出之間可接入一個二極管D3，作為過壓保護，防止由于控制電路時序紊亂或工作不正常導致L1上產生的電壓尖峰對主開關管的損壞，正常工作情況下此支路不導通。
3 實驗及仿真結果
??? 為了驗證以上分析，利用MATLAB6.5仿真軟件對改進的Boost ZCT-PWM變換器建立了仿真模型。通過計算選用以下參數(shù)：
??? Uin＝250V,U0≈500V，fs=100kHz,P≈1200W,輸出電壓紋波
??? 圖5為改進的Boost ZCT-PWM變換器的仿真波形。由仿真結果可以看出，主開關管實現(xiàn)了零電流開通與關斷。
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??? 改進的Boost ZCT-PWM 電路在新的控制方式下，其主開關管是在ZCS條件下開通與關斷的，其輔助開關管是在零電壓、零電流條件下開通的，實現(xiàn)了軟通斷，改善了開關環(huán)境，減小了開通與關斷損耗，從而實現(xiàn)了軟開關，并且本電路在二極管D3保護下，主開關管可以在更安全的環(huán)境下工作。
參考文獻
[1] 阮新波，嚴仰光.直流開關電源的軟開關技術[M].北京：科學出版社， 2000.
[2]?王聰.軟開關功率變換器及其應用[M]. 北京：科學出版社，?2000.
[3]?陸冬良,張代潤,黃念慈.全軟開關Boost ZCT-PWM變換器[J]. 電力電子技術,2006,(4).