Boost变换器软开关技术的研究

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1、第40卷第5期2010年9月航空计算技术AemTlauticalComputingTechniqtleV01．40No．5Sep．2010Boost变换器软开关技术的研究别、立萌(中国航空计算技术研究所，陕西西安710068)摘要：提出一种新型有源软开关技术，在辅助开关和谐振电路的作用下，可以实现开关电源中开关管的零电压开通和零电压关断，而且可以减小开关管的电压应力和电流应力。对电路工作原理和参数设置进行了分析，给出了关键参数的选取原则。利用实际电路，验证了有源软开关技术的有效性。关键词：开关电源；软开关：Boost变换器中图分类号：r

2、IP273文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)05．0117．05引言在开关电源中，各种开关器件(功率开关管、二极管等)的开关过程中，因为需要承受较大的d∥出或d∥出，甚至出现开关浪涌而遭损坏。为此，需要增加缓冲电路，限制、降低开关器件上的电压或电流峰值和开关过程中的功耗，避免器件热损坏，实现软开通或软关断。软开关技术可分为两大类，有源软开关和无源软开关技术。有源软开关具有控制精度和可靠性较高，而备受人们的关注LlJ。软开关变换器，包括零电压PWM型和零电流PWM型；零过渡软开关，包括零电压过渡PWM(即ZVT—PWM

3、)软开关和零电流过渡(即zcT—PwM)软开关。由于零过渡软开关具有主开关为zcS或zVS，续流二极管为zVS或zCS，主开关和续流二极管的电流和电压应力小及宽范围电源电压和负载电流内，均可满足ZCS和ZVS条件，它代表了目前软开关变换技术的最新发展旧J。1有源软开关电路的分析【3。5J图l为一种有源软开关Boost变换器。本电路拓扑针对零电压和零电流转换的软开关技术，软开关拓扑中加入辅助开关网络，在拓扑结构中，谐振电感￡，抑制辅助开关s：的导通与关断电流和二极管仇的反向恢复电流，减小辅助开关S：和二极管D。的开通与关断损耗。在整个电路

4、中，主开关管s。和辅助开关管S：的电压被箝位在输出电压砜。r¨)一l)．iD。IJiD：l。丰)C，。r阼．—一卜一’。图l基本电路拓扑图2和图3为该电路的工作过程等效电路和工作波形。为了更好地分析电路的工作状态，做如下假设：1)输入电感三够大，输入i。看作1个恒流源，；2)输出滤波电容C。足够大，输出电压的纹波可以忽略，可以看作1个恒压源u；3)谐振网络的谐振频率远低于变换器的开关频率。基于上述假设，该电路的分析中，每个开关周期的工作过程分为9个阶段。阶段1(％一t1)：在f，时刻之前，主开关管Js。和辅助开关管s：处于关断状态。主二

5、极管D。导通，输入电感￡的能量通过主二极管仇传递给负载。此时，主开关管5，和辅助开关管S：上的电压降为零。阶段2开始。在此模式中，输入电感电流的表达式为：厶圳∽一半t阶段2(￡1～t2)：收稿日期：20lO—03-24作者简介：孙立萌(19r78一)，男，河南洛阳人，工程师，硕士，研究方向为机载计算机电源。·118·航空计算技术第40卷第5期阶段l(￡。～t，)￡D。阶段4(￡，～“)DF，]肾_c。}{Il阶段7(￡。～t，)￡D。卜’仆}，．I。IL，C，2——_{卜-1j阶段5(￡．～￡，)l。Do卜s恰Ic。}{阶段3(乞一￡，

6、)。LD。F梅lc川阶段6(毛～￡。)D卜非￡，j，c。}IC，2¨1阶段8(￡，～k)阶段9(￡。一￡，)图2软开关的工作过程l：—一I’1l；卜川I’，Ih点∥L一图3变换器的主要波形在f。时刻，辅助开关管s：导通，随着辅助开关管S：的导通，谐振电感￡，电流将线性上升(辅助开关管Sz的电流逐渐上升，实现辅助开关管5：的零电流开通)。同时，主二极管D0中的电流逐渐减小。谐振电感的电流屯在t：时刻等于输入电感电流L，阶段2结束。在这个阶段，输入电感电流J『。和谐振电感电流L的表达式，及阶段l到2的时间表达式分别为：屯(t)：兽￡L，(2

7、)L(t)一k(3)，t12=箐(4)‘12一r，＼-r，生L，阶段3(t2一t3)：在该阶段，谐振电感屯和谐振电容c，开始谐振。在谐振过程中，谐振电感电流i厶继续上升，谐振电容C，放电。直至谐振电感‘中的电流上升到k，即谐振电感电流L等于输入电感电流厶时，主二极管仇关断，谐振结束，谐振电容C，电压为零。主开关管在t，时刻，阶段3结束。在乞时刻，谐振电容电压等于输出电压％。谐振电感上的电流和谐振电容上的电压的表达式如式(5)和(6)所示：“归k+参sin砷吃)％．=砜cos∞(t—t2)(5)(6)式中，谐振频率：∞=1／厢，谐振阻抗：

8、z，=棚7虿。当谐振电容c，电压下降为零时，主二极管的反并二极管导通，将主开关管S。的电压钳位在零，此时辅助电感电流为：t(￡，)=，i。+砜／z，。该阶段持续的时间(谐振电容和谐振电感的谐振时间)为：20