图1主电路原理图
1引言
采用硬开关工作方式的Boost电路,在开关频率很高时,其开关损耗增大,电源效率降低。
为了提高开关电源的频率和效率,必须减小开关损耗。本文提出了一种运用软开关技术的Boost电路,该电路实现简便,开关频率恒定,控制简单。通过对该电路工作原理的分析,以及仿真及实验的结果,证明该电路具有良好的减少开关损耗及提高电源效率的作用。
2主电路拓扑及工作原理分析
该电路的拓扑如图1所示。从图中可以看出,它是由传统的Boost电路与由D2、D3、Lr、Cr组成的谐振电路连接而成的。
该电路工作过程如图2所示。为了讨论的方便,我们假定L1中的电流和Cf中的电压在一个开关周期内保持不变。电路工作波形如图3所示。
1)第一阶段[t0-t1]
t0时刻二极管D1导通,能量由电源向负载输送。
2)第二阶段[t1-t2]
S1在ZCS的状态下开通,t2时刻Lr中的电流线性下降到零。由于D1保持导通,Cr的电压保持在Vo。
3)第三阶段[t2-t3]
t2时刻D1截至,谐振开始,D2导通,电容Cr向Lr充电,Cr上的电压由Vo变到-Vi。
4)第四阶段[t3-t4]
t3时刻D3导通,Cr中的电压与输入电压相等。在这个阶段中,Lr中的电流线性减小到零。
5)第五阶段[t4-t5]
t4时刻Lr中的电流变为0,D2、D3截至。
6)第六阶段[t5-t6]
t5时刻S1在ZVS的状态下断开,D3为电流ii提供一条通路,电容线性放电。
7)第七阶段[t6-t7]
t6时刻电容Cr上的电压变为(Vo-Vi)时,D1导通。在此过程中,Lr和Cr又有一次谐振,直至VCr变为Vo。
8)第八阶段[t7-t8]
t7时刻VCr=Vo时,D2导通,Lr中的电流线性上升,直至电流变为Ii。
该阶段结束后,便开始,下一个周期。
从图3中可以看出,电路是工作在软开关状态下的。 图2主电路工作过程图
(h)第八阶段[t7-t8]
图3电路工作波形
一种运用软开关的Boost电路
()
POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS
Vol.5No.10
October2002
第5卷第10期
2002年10月
图4占空比变化时,静态增益与输入电流的关系
图5电源工作区域
图6仿真结果
图7开关电压、电流波形
图8软硬开关效率比较
系如图4所示。
图5给出了Boost电路工作的3个区域。在区域3,电路工作在硬开关状态,其它两个区域工作在软开关状态,在第2、3区域,t8时刻时Lr的电流变为Ii,这会阻止Cr电压变为Vo,但尽管如此,电源还是工作于区域2。
4仿真及实验结果
为了验证该电路的可行性,对该电路进行了仿真,仿真结果如图6所示。仿真中所选各元器件的参数为:
Vi=30VL1=300μHLr=2μH
Cf=330μFCr=15nFR=10Ω
f=100kHz
开关管选IRF740
实验结果如图7所示。实验所选参数与仿真参数一致。软硬开关效率比较如图8所示。
5结语
本文提出的这种运用软开关技术的Boost电路,从仿真波形和实验结果来看,该电路效率较高,最大可达96%,因此对于硬开关电路而言,该电路对于减少开关损耗,提高电源效率具有一定的积极意义,但同时,开关过程中开关两端的电压振荡与电流过流也值得做进一步研究。
参考文献
[1]阮新波.直流开关电源的软开关技术[M].北京:科学出
版社.2000.
[2]VilelaM.S.,CoelhoE.A.A.,VieiraJ.B.,FreitasL.C.,
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