Boost電路的一種軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法

在這種情況下，一個(gè)周期可以分為6個(gè)階段，各個(gè)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(dǎo)通，L上承受輸入電壓，L上的電流正向線性增加，從負(fù)值變?yōu)檎?。?i>t₁時(shí)刻，S₁關(guān)斷，該階段結(jié)束。

2）階段2〔t₁～t₂〕 S₁關(guān)斷后，電感電流為正，對(duì)S₁的結(jié)電容進(jìn)行充電，使S₂的結(jié)電容放電，S₂的漏源電壓可以近似認(rèn)為線性下降。直到S₂的漏源電壓下降到零，該階段結(jié)束。

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

4）階段4〔t₃～t₄〕 S₂的門極變?yōu)楦唠娖?，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?yōu)樨?fù)值，然后S₂關(guān)斷，該階段結(jié)束。

5）階段5〔t₄～t₅〕此時(shí)電感L上的電流方向?yàn)樨?fù)，正好可以使S₁的結(jié)電容進(jìn)行放電，對(duì)S₂的結(jié)電容進(jìn)行充電。S₁的漏源電壓可以近似認(rèn)為線性下降。直到S₁的漏源電壓下降到零，該階段結(jié)束。

6）階段6〔t₅～t₆〕當(dāng)S₁的漏源電壓下降到零之后，S₁的寄生二極管就導(dǎo)通，將S₁的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài)，也就是為S₁的零電壓導(dǎo)通創(chuàng)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(shí)各階段等效電路

接著S₁在零電壓條件下導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)周期。可以看到，在這種方案下，兩個(gè)開關(guān)S₁和S₂都可以實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。

2 軟開關(guān)的參數(shù)設(shè)計(jì)

以上用同步整流加電感電流反向的辦法來實(shí)現(xiàn)Boost電路的軟開關(guān)，其中兩個(gè)開關(guān)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)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(guān)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(guān)條件是由I_min對(duì)S₂的結(jié)電容充電，使S₁的結(jié)電容放電實(shí)現(xiàn)的；而S₂的軟開關(guān)條件是由I_max對(duì)S₁的結(jié)電容充電，使S₂的結(jié)電容放電實(shí)現(xiàn)的。另外，通常滿載情況下|I_max|>>|I_min|。所以，S₁和S₂的軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)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(qiáng)管。

強(qiáng)管S₂的軟開關(guān)極限條件為L和S₁的結(jié)電容C₁和S₂的結(jié)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(shí)際上，式（7）非常容易滿足，而死區(qū)時(shí)間也不可能非常大，因此，可以近似認(rèn)為在死區(qū)時(shí)間內(nèi)電感L上的電流保持不變，即為一個(gè)恒流源在對(duì)S₂的結(jié)電容充電，使S₁的結(jié)電容放電。在這種情況下的ZVS條件稱為寬裕條件，表達(dá)式為式（8）。

(C₂＋C₁)V_o(=)t_dead2（8）

式中：t_dead2為S₂開通前的死區(qū)時(shí)間。

同理，弱管S₁的軟開關(guān)寬裕條件為

(C₁＋C₂)V_o(=)t_dead1（9）

式中：t_dead1為S₁開通前的死區(qū)時(shí)間。