精品文檔-下載后可編輯一種新穎的零電流轉換Boost變換器分析-技術方案摘要:提出了一種新的零電流轉換Boost變換器，通過在電路中增加一個輔助電路運用簡單的控制策略。實現了變流器主管和輔管的零電流轉換，主管和輔管的電流應力較傳統的改進型零電流轉換開關電路有明顯減小，有效地減小了導通損耗，同時也實現了輸出二極管的軟換流，解決了二極管反向恢復的問題，效率明顯提高，詳細分析了該變流器的工作原理，然后通過Saber仿真驗證該模型。

0引言

由于絕緣柵雙極晶體管(Insulated-GateBipolarTransistor，IGBT)能夠承受高電壓、高電流，因此，常用于功率因數校正(PouerFactorCorrection，PFC)電路、高功率轉換器。然而，由于少數載流子的存在使其有嚴重的電流拖尾現象，這會導致極大的關斷損耗，從而限制了開關頻率，并使轉換效率降低。因此，必須選用一種合適的軟開關技術以避免這些問題。

為了實現相對較低的傳導損耗和良好的可控性，零電流過渡(零電流轉換)被認為是一種很好的選擇。雖然，以前有很多針對少數載流子器件IGBT的零電流轉換的方案，但是其仍然存在輔助開關管硬開關，以及需要更復雜的諧振網絡結構。

圖1傳統ZCTBoost變換器

2個傳統的零電流轉換(Zero-CurrentTransition，ZCT)Boost如圖1所示。圖1(a)保證主開關零電流關斷。但是，存在的問題包括主開關管不是零電流開通、輔助開關是硬開關和升壓二極管存在反向恢復問題。圖1(b)顯示了其他傳統零電流轉換升壓轉換器。它結構簡單，但輔助開關管硬開關是這類變換器的主要缺點。

本文提出一種新型的基于PWM的ZCTBootDC/DC變換器。通過增加一個輔助開關管VT2，一個諧振電感Lr、一個諧振電容Cr和一個輔助二極管構成ZCT單元，使得該變換器能在不增加電壓、電流應力的情況下實現主管的ZCS，同時輔管也工作于ZC狀態，并實現了輸出二極管軟換流，大大降低了電路的導通損耗。本文將分析該變換器工作原理，并通過一個100kHz的試驗仿真模型驗證該電路的可行性。通過Saber仿真，給出了各主要元器件的波形，和理論分析基本一致。

1新型變換器工作原理分析

本文提出的改進型ZCTk-Boost變換器原理電路如圖2所示。該變換器中的輔助單元由一個輔助開關管VT2，一個諧振電感Lr，一個諧振電容Cr一個輔助二極管構成一個ZCT單元組成。為便于分析該ZCTBoost的工作原理，假設:在一個開關周期Ts內，①輸入電感Lin足夠大，輸入電流可視為恒定不變;②輸出電容足夠大，輸出端可用一恒壓源代替;③所有器件都是理想的;④變換器工作于穩定狀態。

圖2改進ZCTBoost變流器

電路工作時的各個工作模態的等效電路和理論波形分別如圖3、圖4所示。該電路在一個工作周期內可分為7個工作模態，詳細分析如下:

圖3各個工作模態等效電路圖

圖4主要電壓電流波形圖

(1)模態0:［0～t0］。在t0時刻之前，VD1、VD2導通，其余開關管關斷，諧振電容上電壓充至輸出電壓Uout，諧振電感電流大小等于輸入電流。

(2)模態1［t0～t1］。t0時刻，VT1開通，諧振電感的存在，主開關是零電流開通。流經VD1、Lr、VD2的電流線性緩慢減小到零，而使2只二極管零電流關斷，相反流過VT2的電流呈線性增加到輸入電流Lin;此模態所需時間:

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

(4)模態3［t2～t3］。t2時刻，為了使VT1軟關斷，VT2開通固定的時間。當VT2開通，Cr、Lr諧振，由于VT1不在諧振回路，因此，主開關管VT1的電流應力沒有增加。經過半個諧振周期，Cr電壓反向，VT2電流為零，而為零電流關斷VT2提供了條件。此模態持續的時間為

(5)模態4［t3～t4］。t3時刻，經過半個諧振周期后，Lr電流反向流過VT1、VD1、Lr、Cr。因此，在此模態，VT1電流呈正弦減小到零。流過VT1電流:

軟開關實現還必須滿足以下關系:U0/Zr≥Iin所需時間:

(6)模態5［t4～t5］。t4時刻，當VT1的反并二極管開始導通，則VT1能夠實現零電壓零電流關斷，此模態所占時間:

(7)模態6［t5～t6］。t5時刻，輸入電流通過VD1、Lr對諧振電容Cr充電，此模態時間如下:

(8)模態7:［t6－t0～T］。t6時刻，當諧振電容電壓達到輸出電壓Uout，VD2開始導通，此模態開始持續到下一個開關周期。

2參數設計

2.1諧振元件(Cr、Lr)

根據式(6)，且考慮20%的裕量，改寫為如下關系:

諧振周期應該遠小于開關周期，一般選擇諧振頻率為開關頻率的10倍。

2.2開關管(VT1、VT2)

開關電壓電流應力如下

2.3二極管(VD1、VD2)

2.4Lin、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，為了觸發輔助開關管導通，則需要一個或門，一個單穩態觸發器，單穩態觸發器的時間由上式可以計算出其值必須等于0.75Tr。

3仿真結果

為驗證理論分析的可行性，通過Saber仿真給出各個主要元件的波形。在仿真中輸入直流電壓Uin=15V，輸出平均電壓Uout=37.5V，△Uout=200mV，輸出平均電流Iout=1.25A，開關頻率:100kHz，利用上述軟開關條件計算出其他參數:Lin=200μH，Lr=1μH，Cr=35nF，Cout=40μF在上述參數下利用Saber軟件對ZCTBoost軟開關變換器進行仿真。仿真結果如圖5所示。

圖5仿真波形

從圖5可看出:該拓撲實現了主開關管VT1ZCS，ZVS開通斷，輔助開關管VT2是ZCS通斷，并有效抑制了整流二極管的方向恢復問題。仿真結果與理論分析一致。由于仿真模型很難和現實電路完全一致，因此，仿真的性并不高，但是基本