一種新穎的零電流轉(zhuǎn)換Boost變換器分析

標(biāo)簽：零電流 Boost轉(zhuǎn)換器電源

摘要: 提出了一種新的零電流轉(zhuǎn)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(xiàn)了變流器主管和輔管的零電流轉(zhuǎn)換，主管和輔管的電流應(yīng)力較傳統(tǒng)的改進(jìn)型零電流轉(zhuǎn)換開關(guān)電路有明顯減小，有效地減小了導(dǎo)通損耗，同時也實現(xiàn)了輸出二極管的軟換流，解決了二極管反向恢復(fù)的問題，效率明顯提高，詳細(xì)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-Gate Bipolar Transistor，IGBT) 能夠承受高電壓、高電流，因此，常用于功率因數(shù)校正(Pouer Factor CorrectiON，PFC)電路、高功率轉(zhuǎn)換器。然而，由于少數(shù)載流子的存在使其有嚴(yán)重的電流拖尾現(xiàn)象，這會導(dǎo)致極大的關(guān)斷損耗，從而限制了開關(guān)頻率，并使轉(zhuǎn)換效率降低。因此，必須選用一種合適的軟開關(guān)技術(shù)以避免這些問題。

為了實現(xiàn)相對較低的傳導(dǎo)損耗和良好的可控性，零電流過渡(零電流轉(zhuǎn)換) 被認(rèn)為是一種很好的選擇。雖然，以前有很多針對少數(shù)載流子器件IGBT 的零電流轉(zhuǎn)換的方案，但是其仍然存在輔助開關(guān)管硬開關(guān)，以及需要更復(fù)雜的諧振網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖1 傳統(tǒng)ZCT Boost 變換器

2 個傳統(tǒng)的零電流轉(zhuǎn)換( Zero-Current Transition，ZCT)Boost 如圖1 所示。圖1(a) 保證主開關(guān)零電流關(guān)斷。但是，存在的問題包括主開關(guān)管不是零電流開通、輔助開關(guān)是硬開關(guān)和升壓二極管存在反向恢復(fù)問題。圖1(b) 顯示了其他傳統(tǒng)零電流轉(zhuǎn)換升壓轉(zhuǎn)換器。它結(jié)構(gòu)簡單，但輔助開關(guān)管硬開關(guān)是這類變換器的主要缺點。

本文提出一種新型的基于PWM 的ZCT BootDC /DC 變換器。通過增加一個輔助開關(guān)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(gòu)成ZCT 單元，使得該變換器能在不增加電壓、電流應(yīng)力的情況下實現(xiàn)主管的ZCS，同時輔管也工作于ZC 狀態(tài)，并實現(xiàn)了輸出二極管軟換流，大大降低了電路的導(dǎo)通損耗。本文將分析該變換器工作原理，并通過一個100 kHz 的試驗仿真模型驗證該電路的可行性。最后通過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(jìn)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(guān)管VT2，一個諧振電感Lr，一個諧振電容Cr一個輔助二極管構(gòu)成一個ZCT 單元組成。為便于分析該ZCT Boost 的工作原理，假設(shè):在一個開關(guān)周期Ts內(nèi)，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(wěn)定狀態(tài)。

圖2 改進(jìn)ZCT Boost 變流器

電路工作時的各個工作模態(tài)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(nèi)可分為7 個工作模態(tài)，詳細(xì)分析如下:

圖4 主要電壓電流波形圖

(1) 模態(tài)0:[0 ～ t0]。在t0時刻之前，VD1、VD2 導(dǎo)通，其余開關(guān)管關(guān)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。