一種新穎的零電流轉換Boost變換器分析

(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. 4 Lin、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 = 15 V，輸出平均電壓Uout =37. 5 V，△Uout =200 mV，輸出平均電流Iout = 1. 25 A，開關頻率:100 kHz，利用上述軟開關條件計算出其他參數: Lin = 2 0 0 μH，Lr = 1 μH，Cr = 3 5 nF ，Cout =40 μF 在上述參數下利用Saber 軟件對ZCT Boost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，仿真的精確性并不高，但是基本上反映電路波形的大小。仿真結果能驗證理論推導的正確性。

4 結語

本文提出了一種新的ZCT Boost 電路，與傳統Boost PFC 相比，確保了主開關的零電流導通零電壓零電流關斷，輔助開關管零電流通斷，實現了主副二極管軟通斷。并通過軟件仿真驗證了以上理論分析的正確性。