Boost電路的一種軟開關實現方法

在這種情況下，一個周期可以分為6個階段，各個階段的等效電路如圖5所示。其工作原理描述如下。

1）階段1〔t₀～t₁〕 該階段，S₁導通，L上承受輸入電壓，L上的電流正向線性增加，從負值變為正值。在t₁時刻，S₁關斷，該階段結束。

2）階段2〔t₁～t₂〕 S₁關斷后，電感電流為正，對S₁的結電容進行充電，使S₂的結電容放電，S₂的漏源電壓可以近似認為線性下降。直到S₂的漏源電壓下降到零，該階段結束。

3）階段3〔t₂～t₃〕 當S₂的漏源電壓下降到零之后，S₂的寄生二極管就導通，將S₂的漏源電壓箝在零電壓狀態，也就是為S₂的零電壓導通創造了條件。

4）階段4〔t₃～t₄〕 S₂的門極變為高電平，S₂零電壓開通。電感L上的電流又流過S₂。L上承受輸出電壓和輸入電壓之差，電流線性減小，直到變為負值，然后S₂關斷，該階段結束。

5）階段5〔t₄～t₅〕此時電感L上的電流方向為負，正好可以使S₁的結電容進行放電，對S₂的結電容進行充電。S₁的漏源電壓可以近似認為線性下降。直到S₁的漏源電壓下降到零，該階段結束。

6）階段6〔t₅～t₆〕當S₁的漏源電壓下降到零之后，S₁的寄生二極管就導通，將S₁的漏源電壓箝在零電壓狀態，也就是為S₁的零電壓導通創造了條件。

(a)Stagel[t₀,t₁](b)Stage2[t₁,t₂]

(c)Stage3[t₂,t₃](d)Stage4[t₃,t₄]

(e)Stage5[t₄,t₅](f)Stage6[t₅,t₆]

圖5 電感電流不反向時各階段等效電路

接著S₁在零電壓條件下導通，進入下一個周期。可以看到，在這種方案下，兩個開關S₁和S₂都可以實現軟開關。

2 軟開關的參數設計

以上用同步整流加電感電流反向的辦法來實現Boost電路的軟開關，其中兩個開關實現軟開關的難易程度并不相同。電感電流的峰峰值可以表示為

ΔI=(V_inDT)/L（1）

式中：D為占空比；

T為開關周期。

所以，電感上電流的最大值和最小值可以表示為

I_max=ΔI/2＋I_o（2）

I_min=ΔI/2－I_o（3）

式中：I_o為輸出電流。

將式（1）代入式（2）和式（3）可得

I_max=(V_inDT)/2L＋I_o（4）

I_min=(V_inDT)/2L－I_o（5）

從上面的原理分析中可以看到S₁的軟開關條件是由I_min對S₂的結電容充電，使S₁的結電容放電實現的；而S₂的軟開關條件是由I_max對S₁的結電容充電，使S₂的結電容放電實現的。另外，通常滿載情況下|I_max|>>|I_min|。所以，S₁和S₂的軟開關實現難易程度也不同，S₁要比S₂難得多。這里將S₁稱為弱管，S₂稱為強管。

強管S₂的軟開關極限條件為L和S₁的結電容C₁和S₂的結電容C₂諧振，能讓C₂上電壓諧振到零的條件，可表示為式（6）。

C₂Vo²＋C₁Vo²(=)LI_max²（6）

將式（4）代入式（6）可得

C₂Vo²＋C₁Vo²(=)L（7）

實際上，式（7）非常容易滿足，而死區時間也不可能非常大，因此，可以近似認為在死區時間內電感L上的電流保持不變，即為一個恒流源在對S₂的結電容充電，使S₁的結電容放電。在這種情況下的ZVS條件稱為寬裕條件，表達式為式（8）。

(C₂＋C₁)V_o(=)t_dead2（8）

式中：t_dead2為S₂開通前的死區時間。

同理，弱管S₁的軟開關寬裕條件為

(C₁＋C₂)V_o(=)t_dead1（9）

式中：t_dead1為S₁開通前的死區時間。