1、低損耗軟開關(guān)Boost變換器    摘要：介紹一種新的軟開關(guān)Boost變換器。傳統(tǒng)的Boost變換器在開通和關(guān)斷時(shí)將產(chǎn)生開關(guān)損耗，因此使整個(gè)系統(tǒng)的效率下降。新的Boost變換器利用軟開關(guān)方法增加了輔助開關(guān)管和諧振電路。這樣，相比硬開關(guān)情況下，變換器減小了開關(guān)損耗。這種變換器可以應(yīng)用在光伏系統(tǒng)、功率因子校正等裝置中。詳細(xì)分析電路的工作原理以及實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件，利用Pspice92軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該變換器的所有開關(guān)器件都實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，從而使摘要：介紹一種新的軟開關(guān)Boost變換器。傳統(tǒng)的Boost變換器在開通和關(guān)斷時(shí)將產(chǎn)生開關(guān)損耗，因此使整個(gè)

2、系統(tǒng)的效率下降。新的Boost變換器利用軟開關(guān)方法增加了輔助開關(guān)管和諧振電路。這樣，相比硬開關(guān)情況下，變換器減小了開關(guān)損耗。這種變換器可以應(yīng)用在光伏系統(tǒng)、功率因子校正等裝置中。詳細(xì)分析電路的工作原理以及實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件，利用Pspice 92軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該變換器的所有開關(guān)器件都實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，從而使效率得到提高。關(guān)鍵詞：升壓電路；軟開關(guān)；諧振電路；功率因子校正0 引言近年來，隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)電源變得輕小化，但是開關(guān)頻率和開關(guān)損耗成正比，開關(guān)頻率提高，開關(guān)損耗也增大，從而使整體系統(tǒng)的開關(guān)損耗增大。許多變換器采用諧振來減小開關(guān)損耗，但是輔助諧振電路增大了電路的復(fù)雜性，而且

3、也增加了電路的成本。在一些有輔助開關(guān)的諧振變換器中，主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了軟開關(guān)，但是輔助開關(guān)管卻還是工作在硬開關(guān)狀態(tài)下。所以，由于輔助開關(guān)管開關(guān)損耗的存在，這些變換器并不能提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。傳統(tǒng)Boost變換器以其結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于升壓場(chǎng)合。光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列電池的輸出電壓較低，迫切需要較大的升壓，以滿足后級(jí)逆變器的需要。為了提高變換器的變換能力、可調(diào)范圍和效率，對(duì)傳統(tǒng)的Boost變換器進(jìn)行了改進(jìn)。本文提出一種新的軟開關(guān)Boost變換器，通過采用輔助開關(guān)管和諧振電路的電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了主、輔助開關(guān)管的軟開關(guān)。相比其他的軟開關(guān)變換器而言，在同樣的頻率下，既減小了開關(guān)損耗，又提高了

4、整體系統(tǒng)效率。本文詳細(xì)分析了這種變換器的工作原理，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件并通過PSpice進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。1 低損耗軟開關(guān)Boost變換器11 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)低損耗軟開關(guān)Boost變換器如圖1所示。圖1中，S1為主開關(guān)管，Do為主二極管，L和Co分別是濾波電感和濾波電容，輔助諧振電路由輔助開關(guān)管S2、諧振電容Cr2和Cr、諧振電感Lr和輔助二極管D1和D2組成，它為主開關(guān)管和輔助開關(guān)管創(chuàng)造了軟開關(guān)的條件。圖2為低損耗軟開關(guān)Boost變換器的主要工作波形圖。.12 工作原理    為便于對(duì)低損耗軟開關(guān)Boost電路的工作原理進(jìn)行分析，需作如下幾點(diǎn)假設(shè)：  

5、  (1)電路中所有元件都是理想的；    (2)主電感L足夠大，在一個(gè)開關(guān)周期中，其電流基本保持不變；    (3)輸出濾波電容Co足夠大，在一個(gè)開關(guān)周期中，Co和R可用一個(gè)恒值電壓源代替。    整個(gè)開關(guān)周期可以分為9個(gè)工作狀態(tài)，各開關(guān)狀態(tài)的工作情況描述如下，如圖3所示。 模態(tài)1(t0t1)：主、輔助開關(guān)管關(guān)斷。主電感中的能量通過主二極管傳遞到負(fù)載中。主電感電流表達(dá)式為：模態(tài)2(t1t2)：輔助開關(guān)管導(dǎo)通，諧振電感電流從零開始線性增大。t2時(shí)刻，諧振電感電流ILr達(dá)到主電感電流值，

6、模態(tài)2結(jié)束。這段時(shí)間結(jié)束，主電感電流和諧振電感電流表達(dá)式為式(2)和式(3)：模態(tài)3(t2t3)：當(dāng)諧振電感電流等于主電感電流時(shí)，主二極管導(dǎo)通，Cr和Lr開始諧振，諧振電容Cr放電。當(dāng)諧振結(jié)束，諧振電容電壓為零。t2時(shí)刻，諧振電容電壓等于輸出電壓Vo，模態(tài)3結(jié)束。t1到兩個(gè)電流相等的時(shí)間間隔為：模態(tài)4(t3t4)：諧振電容Cr電壓為零，主開關(guān)管的體二極管自然導(dǎo)通。體二極管導(dǎo)通時(shí)，主開關(guān)管電壓為零。這時(shí)，導(dǎo)通信號(hào)給主開關(guān)創(chuàng)造了零電壓條件。主電感電流為：模態(tài)5(t4t5)：在模態(tài)4下，主開關(guān)管零電壓導(dǎo)通。同時(shí)，輔助開關(guān)管零電壓關(guān)閉，進(jìn)入模態(tài)5。在這一階段，諧振電感Lr和諧振電容Cr2開始諧振。經(jīng)過

7、半個(gè)諧振周期后，Lr電流為零，模態(tài)5結(jié)束，此時(shí)，Cr2充電已滿。模態(tài)6(t5t6)：在這個(gè)模態(tài)中，ILr從零開始反方向流動(dòng)。主開關(guān)管、Lr、Cr2和二極管D2構(gòu)成諧振回路。此時(shí)，Cr2電壓下降到零。然后，Lr和Cr2諧振結(jié)束。這段時(shí)間，諧振電容放電表達(dá)式為：.模態(tài)7(t6t7)：Cr2電壓為零后，輔助開關(guān)管的體二極管導(dǎo)通。電流流過體二極管，諧振電感-主開關(guān)。由于PWM運(yùn)算法則，主開關(guān)關(guān)斷，模態(tài)7結(jié)束。在這段時(shí)間，諧振電感電流值等于t3。時(shí)刻的電流值，但是是反向的。模態(tài)8(t7t8)：兩個(gè)電感電流都對(duì)諧振電容Cr充電。當(dāng)諧振電容電壓等于輸出電壓時(shí)，這個(gè)模態(tài)結(jié)束。式(16)為實(shí)現(xiàn)零電壓的條件。模態(tài)

8、9(t8t9)：諧振電容Cr放電，主二極管電壓為零。因此，主二極管導(dǎo)通，諧振電感電流線性減小到零。當(dāng)電流為零時(shí)，模態(tài)9結(jié)束，開始下一個(gè)開關(guān)周期。這個(gè)模態(tài)，主電感電流和諧振電感電流為：13 實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件    由上分析可知，為了實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，主、輔助開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間要設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間必須滿足如下的方程式：2 仿真分析    為了檢驗(yàn)以上的分析，對(duì)低損耗軟開關(guān)Boost變換器進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真軟件使用：PSpice 92。仿真參數(shù)為：輸入電壓Vi=130170 V，輸出電壓Vo=400 V，開關(guān)頻率fs=30 kHz，諧振電容1：Cr=33 nF，諧振電容2：Cr2=30 nF，諧振電感Lr=20H，主電感L=560 H。    圖4為主開關(guān)管和輔助開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電壓、電壓和電流的波形。從圖4可以看出，由于體二極管在主開關(guān)前導(dǎo)通，所以主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)