零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振Boost變換器的無源控制

摘要：分析了零電流準(zhǔn)諧振升壓(ZCS-QRC Boost)變換器的工作原理。采用時間平均法對ZCS-QRC Boost變換器的狀態(tài)方程進(jìn)行簡化，并對其采用無源控制方法，不但能夠得到確保全局穩(wěn)定的控制器，而且能消除輸入電壓負(fù)載擾動等引起輸出電壓的變化。通過Matlab仿真及實驗驗證了采用無源控制的ZCS-QRC Boost變換器的系統(tǒng)有較強(qiáng)魯棒性以及穩(wěn)定的輸出電壓。
關(guān)鍵詞：變換器；無源控制；時間平均法

1 引言
軟開關(guān)技術(shù)使高頻開關(guān)管工作在零開關(guān)狀態(tài)，從而大大減小了開關(guān)損耗，提高了開關(guān)變換器的效率。準(zhǔn)諧振開關(guān)技術(shù)結(jié)合了諧振技術(shù)和PWM技術(shù)的優(yōu)點，而準(zhǔn)諧振變換器(QRC)能有效地解決開關(guān)強(qiáng)度、開關(guān)損耗以及電磁干擾等問題，可使變換器在不降低效率的前提下工作于很高的開關(guān)頻率，推動了開關(guān)電源向高頻化發(fā)展。但它是一個時變的非線性系統(tǒng)，分析設(shè)計困難。這里在分析ZVS-QRC Boost電路的基礎(chǔ)上，采用時間狀態(tài)平均法原理建立了QRC的非線性動態(tài)模型。
目前，無源性控制方法已成為研究非線性系統(tǒng)的重要工具，并在DC／DC變換器、功率因數(shù)校正等電力電子應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這里
通過Matlab仿真，對比傳統(tǒng)PWM ZCS-QRC Boost變換器與加入無源控制的ZCS-QRC Boost的電路模型后可知，后者有較好的快速性、跟蹤性和很強(qiáng)的魯棒性，達(dá)到了理想的控制效果，最后通過實驗進(jìn)行驗證。

2 ZCS-QRC Boost變換器的工作原理
2．1 電路模型及不同電路工作模態(tài)、狀態(tài)方程
ZCS-QRC Boost變換器如圖1所示。

工作模態(tài)1[t0，t1] 電感充電階段。在t0時刻之前，開關(guān)管VQ關(guān)斷，續(xù)流二極管VD導(dǎo)通。t0時刻，VQ導(dǎo)通，流過諧振電感Lr的電流iLr線性上升，此時VQ為零電流導(dǎo)通：

工作模態(tài)2[t1，t2] 諧振階段。從t1時刻起，Lr和Cr開始諧振工作。t2時刻，iLr諧振到零，VQ為零電流關(guān)斷：

工作模態(tài)3[t2，t3] 在t2時刻，iLr諧振到零，VQ關(guān)斷，諧振結(jié)束，電容電壓線性上升：