一種新穎的零電流轉(zhuǎn)換Boost變換器分析

(2) 模態(tài)1[t0 ～ t1]。t0時(shí)刻，VT1 開(kāi)通，諧振電感的存在，主開(kāi)關(guān)是零電流開(kāi)通。流經(jīng)VD1、Lr、VD2 的電流線性緩慢減小到零，而使2只二極管零電流關(guān)斷，相反流過(guò)VT2 的電流呈線性增加到輸入電流Lin;此模態(tài)所需時(shí)間:

(3) 模態(tài)2[t1 ～ t2]。t1時(shí)刻，該模態(tài)與基本的Boost 變換器工作情況一樣，所需時(shí)間由占空比確定。

(4) 模態(tài)3[t2 ～ t3]。t2時(shí)刻，為了使VT1 軟關(guān)斷，VT2 開(kāi)通固定的時(shí)間。當(dāng)VT2 開(kāi)通，Cr、Lr諧振，由于VT1 不在諧振回路，因此，主開(kāi)關(guān)管VT1 的電流應(yīng)力沒(méi)有增加。經(jīng)過(guò)半個(gè)諧振周期，Cr電壓反向，VT2 電流為零，而為零電流關(guān)斷VT2 提供了條件。此模態(tài)持續(xù)的時(shí)間為

(5) 模態(tài)4[t3 ～ t4]。t3時(shí)刻，經(jīng)過(guò)半個(gè)諧振周期后，Lr電流反向流過(guò)VT1、VD1、Lr、Cr。因此，在此模態(tài)，VT1 電流呈正弦減小到零。流過(guò)VT1 電流:

軟開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)還必須滿足以下關(guān)系:U0 /Zr≥Iin所需時(shí)間:

(6) 模態(tài)5[t4 ～ t5]。t4時(shí)刻，當(dāng)VT1 的反并二極管開(kāi)始導(dǎo)通，則VT1 能夠?qū)崿F(xiàn)零電壓零電流關(guān)斷，此模態(tài)所占時(shí)間:

(7) 模態(tài)6[t5 ～ t6]。t5時(shí)刻，輸入電流通過(guò)VD1、Lr對(duì)諧振電容Cr充電，此模態(tài)時(shí)間如下:

(8) 模態(tài)7:[t6 - t0 ～ T]。t6時(shí)刻，當(dāng)諧振電容電壓達(dá)到輸出電壓Uout，VD2 開(kāi)始導(dǎo)通，此模態(tài)開(kāi)始持續(xù)到下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。

2 參數(shù)設(shè)計(jì)

2. 1 諧振元件(Cr、Lr)

根據(jù)式(6)，且考慮20%的裕量，改寫(xiě)為如下關(guān)系:

諧振周期應(yīng)該遠(yuǎn)小于開(kāi)關(guān)周期，一般選擇諧振頻率為開(kāi)關(guān)頻率的10 倍。

2. 2 開(kāi)關(guān)管(VT1、VT2)

開(kāi)關(guān)電壓電流應(yīng)力如下

2. 3 二極管(VD1、VD2)

2. 4 Lin、Cout

2. 5 控制策略

控制方式可選擇峰值電流、平均值電流或單周期控制方法，為了觸發(fā)輔助開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，則需要一個(gè)或門(mén)，一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)間由上式可以計(jì)算出其值必須等于0. 75Tr。

3 仿真結(jié)果

為驗(yàn)證理論分析的可行性，通過(guò)Saber 仿真給出各個(gè)主要元件的波形。在仿真中輸入直流電壓Uin = 15 V，輸出平均電壓Uout =37. 5 V，△Uout =200 mV，輸出平均電流Iout = 1. 25 A，開(kāi)關(guān)頻率:100 kHz，利用上述軟開(kāi)關(guān)條件計(jì)算出其他參數(shù): Lin = 2 0 0 μH，Lr = 1 μH，Cr = 3 5 nF ，Cout =40 μF 在上述參數(shù)下利用Saber 軟件對(duì)ZCT Boost軟開(kāi)關(guān)變換器進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果如圖5 所示。

圖5 仿真波形

從圖5 可看出: 該拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)管VT1ZCS，ZVS 開(kāi)通斷，輔助開(kāi)關(guān)管VT2 是ZCS 通斷，并有效抑制了整流二極管的方向恢復(fù)問(wèn)題。仿真結(jié)果與理論分析一致。由于仿真模型很難和現(xiàn)實(shí)電路完全一致，因此，仿真的精確性并不高，但是基本上反映電路波形的大小。仿真結(jié)果能驗(yàn)證理論推導(dǎo)的正確性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種新的ZCT Boost 電路，與傳統(tǒng)Boost PFC 相比，確保了主開(kāi)關(guān)的零電流導(dǎo)通零電壓零電流關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)管零電流通斷，實(shí)現(xiàn)了主副二極管軟通斷。并通過(guò)軟件仿真驗(yàn)證了以上理論分析的正確性。