一種運用軟開關(guān)的Boost電路

圖1主電路原理圖

1引言

采用硬開關(guān)工作方式的Boost電路，在開關(guān)頻率很高時，其開關(guān)損耗增大，電源效率降低。

為了提高開關(guān)電源的頻率和效率，必須減小開關(guān)損耗。本文提出了一種運用軟開關(guān)技術(shù)的Boost電路，該電路實現(xiàn)簡便，開關(guān)頻率恒定，控制簡單。通過對該電路工作原理的分析，以及仿真及實驗的結(jié)果，證明該電路具有良好的減少開關(guān)損耗及提高電源效率的作用。

2主電路拓撲及工作原理分析

該電路的拓撲如圖1所示。從圖中可以看出，它是由傳統(tǒng)的Boost電路與由D2、D3、Lr、Cr組成的諧振電路連接而成的。

該電路工作過程如圖2所示。為了討論的方便，我們假定L1中的電流和Cf中的電壓在一個開關(guān)周期內(nèi)保持不變。電路工作波形如圖3所示。

1)第一階段[t0－t1]

t0時刻二極管D1導(dǎo)通，能量由電源向負載輸送。

2)第二階段[t1－t2]

S1在ZCS的狀態(tài)下開通，t2時刻Lr中的電流線性下降到零。由于D1保持導(dǎo)通，Cr的電壓保持在Vo。

3)第三階段[t2－t3]

t2時刻D1截至，諧振開始，D2導(dǎo)通，電容Cr向Lr充電，Cr上的電壓由Vo變到－Vi。

4)第四階段[t3－t4]

t3時刻D3導(dǎo)通，Cr中的電壓與輸入電壓相等。在這個階段中，Lr中的電流線性減小到零。

5)第五階段[t4－t5]

t4時刻Lr中的電流變?yōu)?，D2、D3截至。

6)第六階段[t5－t6]

t5時刻S1在ZVS的狀態(tài)下斷開，D3為電流ii提供一條通路，電容線性放電。

7)第七階段[t6－t7]

t6時刻電容Cr上的電壓變?yōu)椋╒o－Vi）時，D1導(dǎo)通。在此過程中，Lr和Cr又有一次諧振，直至VCr變?yōu)閂o。

8)第八階段[t7－t8]

t7時刻VCr=Vo時，D2導(dǎo)通，Lr中的電流線性上升，直至電流變?yōu)镮i。

該階段結(jié)束后，便開始，下一個周期。

從圖3中可以看出，電路是工作在軟開關(guān)狀態(tài)下的。 圖2主電路工作過程圖

(h)第八階段[t7－t8]

圖3電路工作波形

一種運用軟開關(guān)的Boost電路

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POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS

Vol.5No.10

October2002

第5卷第10期

2002年10月

圖4占空比變化時，靜態(tài)增益與輸入電流的關(guān)系

圖5電源工作區(qū)域

圖6仿真結(jié)果

圖7開關(guān)電壓、電流波形

圖8軟硬開關(guān)效率比較

系如圖4所示。

圖5給出了Boost電路工作的3個區(qū)域。在區(qū)域3,電路工作在硬開關(guān)狀態(tài),其它兩個區(qū)域工作在軟開關(guān)狀態(tài),在第2、3區(qū)域，t8時刻時Lr的電流變?yōu)镮i，這會阻止Cr電壓變?yōu)閂o，但盡管如此，電源還是工作于區(qū)域2。

4仿真及實驗結(jié)果

為了驗證該電路的可行性，對該電路進行了仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。仿真中所選各元器件的參數(shù)為：

Vi=30VL1=300μHLr=2μH

Cf=330μFCr=15nFR=10Ω

f=100kHz

開關(guān)管選IRF740

實驗結(jié)果如圖7所示。實驗所選參數(shù)與仿真參數(shù)一致。軟硬開關(guān)效率比較如圖8所示。

5結(jié)語

本文提出的這種運用軟開關(guān)技術(shù)的Boost電路，從仿真波形和實驗結(jié)果來看，該電路效率較高，最大可達96％，因此對于硬開關(guān)電路而言，該電路對于減少開關(guān)損耗，提高電源效率具有一定的積極意義，但同時，開關(guān)過程中開關(guān)兩端的電壓振蕩與電流過流也值得做進一步研究。

參考文獻

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