一种新型的BOOST ZCT-PWM变换器

1、    一种新型的BOOST ZCT-PWM变换器        薄传海， 李良光， 汪舒生 时间:2008年07月15日     字 体: 大 中 小        关键词:        ? 摘 要：关键词： 变换器? 脉宽调制? 软开关? 仿真? 提高开关频率是解决电源装置

2、轻小化的可行方法。但在硬开关电路中，开关器件的损耗随开关频率的提高而增加，使电源效率降低，开关器件发热严重。软开关技术的出现使这些问题得到了很好的解决1。Boost电路作为一种基本的DC/DC变换器，已广泛应用于各种电源设计。典型的Boost零电流过渡PWM电路只实现了主开关管的零电流关断，但其开通电流很大，增大了主开关管的电流应力，也增大了开通损耗2。本文对传统的Boost ZCT-PWM 电路拓扑结构及控制方法均加以改进，使主开关器件实现了软开关。1 典型Boot ZCT-PWM电路工作原理及其不足? 图1示出典型 Boost ZCT-PWM 电路拓扑结构及其主要工作波形。主开关管Q1超前

3、于辅助开关管Qa开通，设Qa开通时刻为t0，在t0t1时段，Q1和Qaa、Ca两端的电压为零，辅助元件La、Ca开始谐振。在t1t3时段，La、Ca继续谐振，谐振电流大于输入电流iin, Q1的反并联二极管D1导通，可实现Q1零电流关断。在t3时刻，Qa关断。在t3t4时段，升压二极管DR、辅助二极管Da均导通，La、Ca继续谐振。在t4t5时段，电路工作在基本的Boost电路工作状态下。在t5时刻，Q1开通，流过其上的电流立即上升到iin。可见，其属于硬开通，同时DR关断，存在严重的反向恢复问题。由上述分析可见，电路中Q1的开通是典型的硬开关过程，其开通时的开通电流很大，故其损耗也会显著增大

4、。?2 改进的BOOST ZCT-PWM电路工作原理? 为了改善传统Boost ZCT-PWM电路的工作环境，现对原电路拓扑结构及控制方法进行改进。在Q1支路中串入了一个小电感L1以限制其开通时的电流上升速度，使升压二极管DR的反向恢复电流得到抑制。图2为改进后的电路拓扑结构和主要的工作波形。? 在理论分析之前做如下假设：（1）电路中所有元器件都是理想的。（2）由于输入滤波电感足够大，在一个开关周期内输入滤波电感和电压源可用恒值电流源Iin代替。由于输出电容及输出电路时间常数足够大,在一个开关周期内输出电压可用电压源U0来代替。? 为便于分析,在这里以辅助开关管Qa的开通时刻为起点，一个周期分

5、为八个时段，其波形如图2(b)所示。? (1)时段1t0t1在时刻t0，Qa开通，由于有La的存在，Qa零电流开通，Q1和Qa均导通，L1、La和Ca开始谐振。其等效电路图如图3(a)所示。? 该时段内满足的电路方程为：? ? ? (2)时段2t1-t2 在t1时刻，D1开通，L1、La和Ca继续谐振，其等效电路图如图3(a)所示，电路方程也与时段1相同。达到最小值，其值为? (3)时段3t2-t3在此时段，电路继续谐振，等效电路和电路方程同上，在此时段内关断Q1，即可实现主开关管零电流关断。? (4)时段4t3-t4在此时段前，Q1已经关断，其关断后升压电感电流通过升压二极管DR流入负载，输

6、入电压和升压电感电压给负载供电，同时辅助二极管D2导通，辅助电感电流通过辅助二极管D2流入负载。La电流继续减小，Ca继续正向充电。等效电路图如图3(b)所示。? 电路方程为：? (5)时段5t4-t6在此时段，辅助电路停止工作，输入直流电压和升压电感电压同时给负载提供能量，与基本的Boost电路开关管开通工作情况一样。? (6)时段6t5-t6在时刻t5，Q1开通，因其支路上串入了电感L1，Q1不能突变，升压二极管保持导通，则施加在L1两端的电压线性增加，当增加至Iin时DR自然关断。主开关管实现了零电流开通，同时抑制了升压二极管DR的反向恢复。? (7)时段7t6-t7在t6时刻，辅助电路

7、开始工作，L1、La和Ca开始谐振，等效电路图如图4所示。? 电路方程为：? ? (8)时段8t7-t8辅助电路停止工作，负载能量由输出滤波电容Cf提供，升压电感储存能量，与基本Boost电路开关管关断工作状态一样。? 另外，在本电路拓扑中，在L1与输出之间可接入一个二极管D3，作为过压保护，防止由于控制电路时序紊乱或工作不正常导致L1上产生的电压尖峰对主开关管的损坏，正常工作情况下此支路不导通。3 实验及仿真结果? 为了验证以上分析，利用MATLAB6.5仿真软件对改进的Boost ZCT-PWM变换器建立了仿真模型。通过计算选用以下参数：? Uin250V,U0500V，fs=100kHz,P1200W,输出电压纹波? 图5为改进的Boost ZCT-PWM变换器的仿真波形。由仿真结果可以看出，主开关管实现了零电流开通与关断。? 改进的Boost ZCT-PWM 电路在新的控制方式下，其主开关管是在ZCS条件下开通与关断的，其辅助开关管是在零电压、零电流条件下开通的，实现了软通断，改善了开关环境，减小了开通与关断损耗，从而实现了软开关，并且本电路在二极管D3保护下，主开关管可以在更安全的环境下工作。参考文献1 阮新波，严仰光.直流开关电源的软开关技术M.北京：科