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一種新穎的零電流轉(zhuǎn)換Boost變換器分析

作者: 時(shí)間:2012-08-15 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

標(biāo)簽:零 器電源

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/176450.htm

摘要: 提出了一種新的零BooST ,通過在電路中增加一個(gè)輔助電路運(yùn)用簡單的控制策略。實(shí)現(xiàn)了變流器主管和輔管的零,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(shí)也實(shí)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)了該變流器的工作原理,然后通過Saber 仿真驗(yàn)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(huì)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(shí)現(xiàn)相對(duì)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(duì)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)。

電源一種新穎的零電流轉(zhuǎn)換Boost變換器分析

圖1 傳統(tǒng)ZCT

2 個(gè)傳統(tǒng)的零電流轉(zhuǎn)換( Zero-Current Transition,ZCT) 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)是這類的主要缺點(diǎn)。

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(gè)輔助開關(guān)管VT2,一個(gè)諧振電感Lr、一個(gè)諧振電容Cr和一個(gè)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(shí)現(xiàn)主管的ZCS,同時(shí)輔管也工作于ZC 狀態(tài),并實(shí)現(xiàn)了輸出二極管軟換流,大大降低了電路的導(dǎo)通損耗。本文將該變換器工作原理,并通過一個(gè)100 kHz 的試驗(yàn)仿真模型驗(yàn)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(gè)輔助開關(guān)管VT2,一個(gè)諧振電感Lr,一個(gè)諧振電容Cr一個(gè)輔助二極管構(gòu)成一個(gè)ZCT 單元組成。為便于分析該ZCT Boost 的工作原理,假設(shè):在一個(gè)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)。

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圖2 改進(jìn)ZCT Boost 變流器

電路工作時(shí)的各個(gè)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(gè)工作周期內(nèi)可分為7 個(gè)工作模態(tài),詳細(xì)分析如下:

電源一種新穎的零電流轉(zhuǎn)換Boost變換器分析

圖3 各個(gè)工作模態(tài)等效電路圖

電源一種新穎的零電流轉(zhuǎn)換Boost變換器分析

圖4 主要電壓電流波形圖

(1) 模態(tài)0:[0 ~ t0]。在t0時(shí)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。

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