隨著人們對軟開關(guān)變換理論的深入研究，直流變換器在高性能、高效率、高可靠性等方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但仍存在各種各樣的缺陷。近年來出現(xiàn)的零轉(zhuǎn)換變換器(包括零電壓轉(zhuǎn)換、零電流轉(zhuǎn)換)綜合了軟開關(guān)變換以及PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，被稱為目前最具發(fā)展和應(yīng)用前景的變換器^[1],代表了軟開關(guān)變換技術(shù)的最新發(fā)展方向^[2]但仍有不足之處：輔助開關(guān)是硬關(guān)斷，損耗很大，因此有必要進(jìn)行改進(jìn)研究，以尋求改善輔助開關(guān)管關(guān)斷條件的方法。本文就一種零電壓轉(zhuǎn)換(ZVT)Boost變換器的改進(jìn)電路進(jìn)行理論分析及實(shí)驗(yàn)。
1 ZVT-PWM變換器改進(jìn)電路的工作原理
　　基本的ZVT-PWM Boost變換器主電路拓?fù)淙鐖D1(a)所示；改進(jìn)的ZVT-PWM Boots變換器主電路拓?fù)淙鐖D1(b)所示，它在圖1(a)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)由輔助電容C_a和輔助二極管D_a構(gòu)成的緩沖單元。

　　改進(jìn)的ZVT-PWM Boost變換器的主要波形如圖2所示，與基本的ZVT-PWM Boost變換器相比，工作模式基本相同，不同之處有兩點(diǎn)，如圖中的陰影部分所示。

　　下面結(jié)合圖1(b)和圖2分析ZVT-PWM Boost變換器的工作模式。
　　在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，變換器共有八種開關(guān)模態(tài)。為便于分析，假設(shè)升壓電感L_f和濾波電容C_a足夠大，在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，L_f電流基本保持不變，設(shè)為I_i；Co電壓基本保持不變，設(shè)為V_o。各模態(tài)的分析如下：
　　模態(tài)1(t₀～t₁)：在t₀時(shí)刻之前，主開關(guān)管S和輔助開關(guān)管S₁均處于關(guān)斷狀態(tài)，升壓二極管D₁導(dǎo)通" title="導(dǎo)通">導(dǎo)通。在t₀時(shí)刻，開通S₁，此時(shí)輔助電感電流iLr從0開始線性上升，而D₁中的電流開始線性下降，在t₁時(shí)刻，上升到升壓電感電流I_i。D₁的電流減小到0，D₁自然關(guān)斷。
　　模態(tài)2(t₀～t₁)：在此模態(tài)中，L_r開始與電容諧振，繼續(xù)上升，而C_r的電壓開始下降。當(dāng)C_r的電壓下降到0時(shí)，S的反并二極管Ds導(dǎo)通，將S的電壓箝在零位。
　　模態(tài)3(t₂～t₃)：在此模態(tài)中，Ds導(dǎo)通，L_r電流通過Ds續(xù)流，此時(shí)開通S就是零電壓開通。可見，S開通時(shí)刻應(yīng)該滯后于S₁的開通時(shí)刻。
　　模態(tài)4(t₃～ta)：在t₃時(shí)刻關(guān)斷S₁，給C_a充電，由于有C_a，S₁為零電流關(guān)斷。在ta時(shí)刻，(ta)=V_o，D2導(dǎo)通，將箝在V_o。而對于基本的ZVT-PWM Boost電路，在t₃時(shí)刻關(guān)斷 S₁，由于S₁在關(guān)斷時(shí)其電流不為零，而且當(dāng)它關(guān)斷時(shí)，D2 導(dǎo)通，S₁上的電壓立即上升到V_o，因此為硬關(guān)斷。
　　模態(tài)5(ta～t₄)：在此模態(tài)中，加在L_r上的電壓為-V_o，線性下降。在t₄時(shí)刻，下降到0。
　　模態(tài)6(t₄～t₅)：在此模態(tài)中，S導(dǎo)通，D₁關(guān)斷。升壓電感電流流過S，濾波電容給負(fù)載供電，其規(guī)律與不加輔助電路" title="輔助電路">輔助電路的Boost電路完全相同。
　　模態(tài)7(t₅～t₆)：在t₅時(shí)刻，S關(guān)斷，升壓電感電流給C_r充電，同時(shí)C_a放電，由于有C_r和C_a，S是零電壓關(guān)斷。在t₆時(shí)刻，vC_r上升到V_o，下降到0，D₁自然導(dǎo)通，D2自然關(guān)斷。
　　模態(tài)8(t₆～t₇)：該模態(tài)與不加輔助電路的Boost電路一樣，L_f和V_in給濾波電容和負(fù)載供電。在t₇時(shí)刻，S₁開通，開始另一個(gè)開關(guān)周期。
　　綜上所述，通過加入輔助元件C_a和D_a，可使ZVT-PWM Boost變換器輔助開關(guān)為硬關(guān)斷的缺點(diǎn)得到解決。
2 輔助電路元件選擇
　　(1) C_a的選擇
　　C_a作為緩沖電容，在選擇C_a時(shí)，應(yīng)考慮主開關(guān)S的關(guān)斷情況，這是因?yàn)槠漕~定電流要比輔助開關(guān)S₁大。為了減小S的關(guān)斷損耗，應(yīng)使C_a放電時(shí)速度不要太快，一般情況下，在最大負(fù)載時(shí)，從V_o下降到0的時(shí)間為(2～3)t_f (t_f為S的關(guān)斷時(shí)間)。C_a可由下式來選擇：
　　

　　(2) L_r的選擇
　　輔助電路只是在主開關(guān)管開關(guān)時(shí)起作用，其工作時(shí)間一般可選擇為開關(guān)周期T_S的1/10，即t₀₁＋t₁₂S 10,亦即：
　　

3 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　根據(jù)以上原理設(shè)計(jì)的試驗(yàn)電路參數(shù)為： L_f=300μH，L_r=12μH，C_a=1nF，開關(guān)頻率fS為100kHz，占空比D取0.5。主開關(guān)S選用IRF250，輔助開關(guān)S₁選用IRFP460，D₁、D2選用MBR3045PT，D_a選用MUR1250。
　　采用miC_rosim pspice 8.0軟件進(jìn)行電路仿真，得到如圖3所示的有關(guān)仿真波形。圖3(a)的上、下方波形分別為主開關(guān)和輔助開關(guān)的驅(qū)動(dòng)信號波形。可以清楚地看到，在主開關(guān)將要開通時(shí)先開通輔助開關(guān)，使電容C_r與電感L_r產(chǎn)生諧振，通過諧振，將C_r(與主開關(guān)相并聯(lián))上的電荷釋放到零，從而為主開關(guān)的零電壓開通創(chuàng)造了條件。而在主開關(guān)開通后，輔助電路立即停止工作，從而減小了輔助電路的損耗。圖3(b)上、下方波形分別為輔助開關(guān)的柵源電壓和漏源電壓的波形，可見輔助開關(guān)為軟開關(guān)。

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　　圖4是實(shí)驗(yàn)所得的主開關(guān)電壓電流波形，上方為柵源電壓波形，下方為漏極電流波形。從圖可見，當(dāng)柵源電壓為零時(shí)，其漏極電流基本上下降至零，說明主開關(guān)是以軟開關(guān)方式工作的。
　　圖5是實(shí)驗(yàn)所得的輔助開關(guān)的電壓和電流波形，上方為漏源電壓波形，下方為漏極電流波形。從圖可見，當(dāng)漏極電流下降至零時(shí)，其漏源電壓逐漸上升到最大值，說明了輔助開關(guān)是在零電流的狀態(tài)下關(guān)斷的。