BOOST软开关技术综述
O 引言
二十年电力电子技术飞速发展已广泛应电力冶金化工煤炭通讯家电等领域数电力电子装置通整流器电力网接口典整流器二极晶闸组成非线性电路会电网中产生量电流谐波功功率污染电网成电力公害20世纪80年代中期开关电源源功率数校正技术引起国外许学者重视进行许专题研究取量成果
源功率数校正技术整流器滤波电容间增加DC／DC开关变换器种单相PFC电路拓扑结构中Boost升压型功率数校正电路具电路结构简单变换效率高控制策略易实现等优点广泛应高频化减源功率数校正电路体积重量提高电路功率密度电路够高频高效率运行源功率数校正电路软开关技术成重研究方
文单相Boost源功率数校正电路软开关技术进行分类类型电路拓扑结构工作方式工作特点做出分析
1零电压开关(ZVS)PWM功率数校正电路
ZVS工作方式指利谐振现象关器件箝位作开关变换器中开关电压开启关断程中维持零
图1电路ZVS功率数校正电路称扩展周期准谐振功率数校正电路辅助开关S1开通时电感Lr抑制二极Dr反恢复电感Lr电容Cf发生谐振流开关S1电流降输入电流开关S2导通电感Lr电容Cf次谐振流开关S1电流O电容Cr两端电压Vo开关S1开关S2实现ZV—ZCS关断电路足处开关电流应力较
2 零电压转换(ZVT)PWM功率数校正电路
ZVT工作方式中谐振网络拓扑电路联零转换PWM功率数校正电路导通损耗开关损耗实现零开关特性增开关电流电压应力适较高电压功率变换器
图2示电路传统ZVT电路电感Lr开关S1寄生电容谐振寄生二极导通开关S1实现ZVS开通时电感Lr抑制二极D1反恢复二极D2电感Lr中量提供释放回路
电路优点开关ZVS开通二极D1反恢复抑制电路结构简单足处辅助开关硬开通
图3示传统ZVT电路改进电路开关时序丰开关电压电流波形图2相改进处电感回路中串接二极D3消升压二极D1寄生电容电感Lr寄生振荡二极D2两端接电容减开关S2关断损耗提高电路效率电路足处改进电路辅助开关硬开通
图4示电路开关S1ZVS开通开通程面两种电路稍谐振电感Lsn2电容Csnl开关S1寄生电容谐振开关S1两端电压零时开关S1开通CsnlCsn2改善开关S1S2关断程减关断损耗电感Lsn2抑制二极D反恢复．二极DbDc电感Lsn2提供量释放回路
电路足处辅助开关S2硬开通
图5电路图4示电路进行改进波形图示开关S1开通前寄生二极已导通开关S1实现ZVS开通开关S1开通耦合电感作促流Lx电流迅速减接零辅助开关S2实现ZCS关断电容Cr减电路关断损耗
电路足处辅助开关S2硬开通电路结构工作方式较复杂
图6示电路传统ZVT电路改进电路开关S1开通前寄生二极已导通开关S1实现ZVS开通开关S1开通耦合电感作流辅助开关S2电流迅速降接零开关S2击穿二极Ds钳制低电压开关S2实现ZCS关断
电路足处辅助开关硬开通电路结构工作方式较复杂
图7示电路结构ZVT结构差较开关S1关断二极D开通电容Cc通耦合电感N2放电．开关S2寄生二极开通实现ZVS开通开关S2关断开关S1寄生二极开通实现ZVS开通时耦合电感N1抑制二极D反恢复耦合电感N2N1中量提供释放回路
电路优点两开关均ZVS开通二极D反恢复抑制电路结构简单足处两开关均硬开关关断辅助开关S2电压应力较
图8示电路种新型ZVT源功率数校正电路辅助开关S2开通前电容Cr两端电压负S2开通电感Lr电容CsCr发生谐振开关S1寄生二极导通实现ZVS开通流开关S1电流负变正时电感Lr电容CbCr谐振二极D5导通开关S2实现ZV—ZCS关断
电路优点开关S1实现ZVS开通辅助开关S2实现ZV．ZCS关断二极D1反恢复抑制点显著提高电路效率电路足处辅助开关硬开通开关电流应力较
图9示电路结构电路工作方式较特殊开关S1关断寄生电容恒流充电输出电压Vo辅助开关S2提供ZV—ZCS关断时二极DD4导通开关S2关断电感L开关S2寄生电容发生谐振开关S2两端电压等Vo二极D3导通流电感L电流减少零时电感L开关S1S2寄生电容谐振谐振结束时开关S1S2两端电压流两开关电流均零开关S1S2实现ZVZCS开通
电路优点开关S1S2实现ZVZCS开通开关S1实现ZVS关断二极反恢复抑制开关电压电流应力较电路结构简单足处电感L始终电流流导致电流中环流较会增通态损耗
3 零电流开关(ZCS)PWM功率数校正电路
ZCS工作方式指利谐振现象关器件箝位作开关变换器中开关电流开启关断程中维持零
图10电路波形图出开关S1首先开通通开关S1电流逐渐增加输入电流值时二极D1D2关断电容Cr反充电Vo辅助开关S2开通电容CrLr2谐振电容Cr两端电压降零时二极D1导通电容Cr电感LrlLr2谐振开关S1S2反二极开通两开关实现ZCS关断
电路优点开关S1S2均实现ZCS关断两二极反恢复抑制足处两开关硬开通电容Cr电感Lr2电容Cr电感Lr1Lr2谐振回路通输出端会增输出端电压波动
图11电路图10电路进行改进改进电路工作方式波形图10电路基致图11电路二极两端联电容改开关S2电感Lr2联样谐振回路会包含输出端会引起输出端电压波动足处两开关硬开关开通
图12电路两电路区实现开关ZVS开通波形图示开关S1开通感Ls抑制二极D反恢复电感Ls电容Cr谐振开关S2反二极开通开关S2提供ZVS开通电容Cc电感Ls继续谐振流电容Cc电流反时开关S1反二极开通实现ZCS关断
电路优点开关S1实现ZCS关断辅助开关S2实现ZVS开通电路称ZVZCS电路电路足处辅助开关S2硬关断
4 零电流转换(ZCT)PWM功率数校正电路
图13电路传统零电流转换功率数校正电路图13示辅助开关S2开通时电容Cr电感Lr谐振开关S1反二极导通实现ZCS关断开关S1反二极关断开关S2关断二极D1开通电感Lr提供量释放回路
电路优点实现开关S1ZCS关断电路结构简单足处辅助开关硬开关开通关断二极反恢复没抑制开关电流应力较
图14电路传统ZCT—PWM功率数校正电路进行改进图14波形图示开关S2开通时电容Cr电感Lr谐振流二极D1电流逐渐减零反恢复抑制谐振电流换开关S2反二极导通实现ZCS关断开关S2开通电容Cr电感lr谐振开关S1反二极导通实现ZCS关断
电路优点实现开关S1S2ZCS关断二极反恢复抑制足处辅助开关开关周期两次开关程电路工作方式中谐振较会增电路损耗
5 源箝位功率数校正电路
Boost PFC变换器中抑制二极反恢复开关Boost二极间串联谐振电感效抑制二极反恢复开关关断时谐振电感会开关产生电压应力保证电路安全运行需箝位电路箝位电压
图15电路中波形图示开关Sl关断两端电压逐渐升箝位电压Vo+Vcc辅助开关S2寄生二极开通电感Lr电容Cc谐振开关S2实现ZCS开通开关S2关断二极Db开通电感Lr开关S1寄生电容谐振开关S1寄生二极开通开关S1实现ZVS开通电路增加二极Dc消二极Db结电容电感Lr谐振
电路优点实现开关辅助开关zvs开通二极Db反恢复抑制足处开关S1S2硬关断
复合源箝位功率数校正电路源箝位功率数校正电路改进体现电路拓扑控制时序两方面：二极D2放箝位电路外消二极D2结电容电感Lr寄生振荡图16示时序保证开关S1S2二极D2时刻两器件导通器件箝位Vo+Vcco开关S1关断电感Lr开关S2寄生电容谐振寄生二极导通实现ZVS开通开关S2关断电感Lr开关S1S2寄生电容谐振开关S1寄生二极导通实现ZVS开通
电路优点两开关均实现ZVS开通二极反恢复抑制电路结构简单足处开关二极电压应力较针足提出电压复合源箝位电路图17示该电路电感Lr辅助开关S2位置进行交换开关时序变样开关S1S2二极D2两者导通时箝位Voo该电路波形复合源箝位功率数校正电路相似具优点
6 带损吸收电路功率数校正电路
6l 源损吸收电路
软开关技术中源损吸收电路增加额外源器件采源元件抑制二极反恢复减开关器件开通关断损耗具电路成低控制简单等优点
图18电路中开关S断开两端电压逐渐充电Vo时二极DoDc开通流二极Dr电流逐渐增加流二极Do电流逐渐减二极Doj关断开关S次开通时二极反恢复会影响开关损耗增
图18电路采耦合电感二极反恢复影响开关开通图19电路利电感抑制二极反恢复开关开通程影响冉利源器件电感中量释放
电路足处电路结构工作程较复杂
62 源损吸收电路
图20电路抑制二极反恢复采电路中加入电感电感中量释放方式图20示开关S1首先导通电感Ls抑制二极D反恢复电感Ls开关S2寄生电容发生谐振放电开关寄生二极导通开关S2实现ZVS开通
电路优点电路结构简单效抑制二极反恢复辅助开关实现ZVS开通
7 结语
综述种类型软开关功率数校正电路具够抑制二极反恢复实现开关软开通软关断减少变换器损耗进提高开关频率减少磁性元件体积重量提高变换器功率密度
仅供参考
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O 引言
二十年电力电子技术飞速发展已广泛应电力冶金化工煤炭通讯家电等领域数电力电子装置通整流器电力网接口典整流器二极晶闸组成非线性电路会电网中产生量电流谐波功功率污染电网成电力公害20世纪80年代中期开关电源源功率数校正技术引起国外许学者重视进行许专题研究取量成果
源功率数校正技术整流器滤波电容间增加DC／DC开关变换器种单相PFC电路拓扑结构中Boost升压型功率数校正电路具电路结构简单变换效率高控制策略易实现等优点广泛应高频化减源功率数校正电路体积重量提高电路功率密度电路够高频高效率运行源功率数校正电路软开关技术成重研究方
文单相Boost源功率数校正电路软开关技术进行分类类型电路拓扑结构工作方式工作特点做出分析
1零电压开关(ZVS)PWM功率数校正电路
ZVS工作方式指利谐振现象关器件箝位作开关变换器中开关电压开启关断程中维持零
图1电路ZVS功率数校正电路称扩展周期准谐振功率数校正电路辅助开关S1开通时电感Lr抑制二极Dr反恢复电感Lr电容Cf发生谐振流开关S1电流降输入电流开关S2导通电感Lr电容Cf次谐振流开关S1电流O电容Cr两端电压Vo开关S1开关S2实现ZV—ZCS关断电路足处开关电流应力较
2 零电压转换(ZVT)PWM功率数校正电路
ZVT工作方式中谐振网络拓扑电路联零转换PWM功率数校正电路导通损耗开关损耗实现零开关特性增开关电流电压应力适较高电压功率变换器
图2示电路传统ZVT电路电感Lr开关S1寄生电容谐振寄生二极导通开关S1实现ZVS开通时电感Lr抑制二极D1反恢复二极D2电感Lr中量提供释放回路
电路优点开关ZVS开通二极D1反恢复抑制电路结构简单足处辅助开关硬开通
图3示传统ZVT电路改进电路开关时序丰开关电压电流波形图2相改进处电感回路中串接二极D3消升压二极D1寄生电容电感Lr寄生振荡二极D2两端接电容减开关S2关断损耗提高电路效率电路足处改进电路辅助开关硬开通
图4示电路开关S1ZVS开通开通程面两种电路稍谐振电感Lsn2电容Csnl开关S1寄生电容谐振开关S1两端电压零时开关S1开通CsnlCsn2改善开关S1S2关断程减关断损耗电感Lsn2抑制二极D反恢复．二极DbDc电感Lsn2提供量释放回路
电路足处辅助开关S2硬开通
图5电路图4示电路进行改进波形图示开关S1开通前寄生二极已导通开关S1实现ZVS开通开关S1开通耦合电感作促流Lx电流迅速减接零辅助开关S2实现ZCS关断电容Cr减电路关断损耗
电路足处辅助开关S2硬开通电路结构工作方式较复杂
图6示电路传统ZVT电路改进电路开关S1开通前寄生二极已导通开关S1实现ZVS开通开关S1开通耦合电感作流辅助开关S2电流迅速降接零开关S2击穿二极Ds钳制低电压开关S2实现ZCS关断
电路足处辅助开关硬开通电路结构工作方式较复杂
图7示电路结构ZVT结构差较开关S1关断二极D开通电容Cc通耦合电感N2放电．开关S2寄生二极开通实现ZVS开通开关S2关断开关S1寄生二极开通实现ZVS开通时耦合电感N1抑制二极D反恢复耦合电感N2N1中量提供释放回路
电路优点两开关均ZVS开通二极D反恢复抑制电路结构简单足处两开关均硬开关关断辅助开关S2电压应力较
图8示电路种新型ZVT源功率数校正电路辅助开关S2开通前电容Cr两端电压负S2开通电感Lr电容CsCr发生谐振开关S1寄生二极导通实现ZVS开通流开关S1电流负变正时电感Lr电容CbCr谐振二极D5导通开关S2实现ZV—ZCS关断
电路优点开关S1实现ZVS开通辅助开关S2实现ZV．ZCS关断二极D1反恢复抑制点显著提高电路效率电路足处辅助开关硬开通开关电流应力较
图9示电路结构电路工作方式较特殊开关S1关断寄生电容恒流充电输出电压Vo辅助开关S2提供ZV—ZCS关断时二极DD4导通开关S2关断电感L开关S2寄生电容发生谐振开关S2两端电压等Vo二极D3导通流电感L电流减少零时电感L开关S1S2寄生电容谐振谐振结束时开关S1S2两端电压流两开关电流均零开关S1S2实现ZVZCS开通
电路优点开关S1S2实现ZVZCS开通开关S1实现ZVS关断二极反恢复抑制开关电压电流应力较电路结构简单足处电感L始终电流流导致电流中环流较会增通态损耗
3 零电流开关(ZCS)PWM功率数校正电路
ZCS工作方式指利谐振现象关器件箝位作开关变换器中开关电流开启关断程中维持零
图10电路波形图出开关S1首先开通通开关S1电流逐渐增加输入电流值时二极D1D2关断电容Cr反充电Vo辅助开关S2开通电容CrLr2谐振电容Cr两端电压降零时二极D1导通电容Cr电感LrlLr2谐振开关S1S2反二极开通两开关实现ZCS关断
电路优点开关S1S2均实现ZCS关断两二极反恢复抑制足处两开关硬开通电容Cr电感Lr2电容Cr电感Lr1Lr2谐振回路通输出端会增输出端电压波动
图11电路图10电路进行改进改进电路工作方式波形图10电路基致图11电路二极两端联电容改开关S2电感Lr2联样谐振回路会包含输出端会引起输出端电压波动足处两开关硬开关开通
图12电路两电路区实现开关ZVS开通波形图示开关S1开通感Ls抑制二极D反恢复电感Ls电容Cr谐振开关S2反二极开通开关S2提供ZVS开通电容Cc电感Ls继续谐振流电容Cc电流反时开关S1反二极开通实现ZCS关断
电路优点开关S1实现ZCS关断辅助开关S2实现ZVS开通电路称ZVZCS电路电路足处辅助开关S2硬关断
4 零电流转换(ZCT)PWM功率数校正电路
图13电路传统零电流转换功率数校正电路图13示辅助开关S2开通时电容Cr电感Lr谐振开关S1反二极导通实现ZCS关断开关S1反二极关断开关S2关断二极D1开通电感Lr提供量释放回路
电路优点实现开关S1ZCS关断电路结构简单足处辅助开关硬开关开通关断二极反恢复没抑制开关电流应力较
图14电路传统ZCT—PWM功率数校正电路进行改进图14波形图示开关S2开通时电容Cr电感Lr谐振流二极D1电流逐渐减零反恢复抑制谐振电流换开关S2反二极导通实现ZCS关断开关S2开通电容Cr电感lr谐振开关S1反二极导通实现ZCS关断
电路优点实现开关S1S2ZCS关断二极反恢复抑制足处辅助开关开关周期两次开关程电路工作方式中谐振较会增电路损耗
5 源箝位功率数校正电路
Boost PFC变换器中抑制二极反恢复开关Boost二极间串联谐振电感效抑制二极反恢复开关关断时谐振电感会开关产生电压应力保证电路安全运行需箝位电路箝位电压
图15电路中波形图示开关Sl关断两端电压逐渐升箝位电压Vo+Vcc辅助开关S2寄生二极开通电感Lr电容Cc谐振开关S2实现ZCS开通开关S2关断二极Db开通电感Lr开关S1寄生电容谐振开关S1寄生二极开通开关S1实现ZVS开通电路增加二极Dc消二极Db结电容电感Lr谐振
电路优点实现开关辅助开关zvs开通二极Db反恢复抑制足处开关S1S2硬关断
复合源箝位功率数校正电路源箝位功率数校正电路改进体现电路拓扑控制时序两方面：二极D2放箝位电路外消二极D2结电容电感Lr寄生振荡图16示时序保证开关S1S2二极D2时刻两器件导通器件箝位Vo+Vcco开关S1关断电感Lr开关S2寄生电容谐振寄生二极导通实现ZVS开通开关S2关断电感Lr开关S1S2寄生电容谐振开关S1寄生二极导通实现ZVS开通
电路优点两开关均实现ZVS开通二极反恢复抑制电路结构简单足处开关二极电压应力较针足提出电压复合源箝位电路图17示该电路电感Lr辅助开关S2位置进行交换开关时序变样开关S1S2二极D2两者导通时箝位Voo该电路波形复合源箝位功率数校正电路相似具优点
6 带损吸收电路功率数校正电路
6l 源损吸收电路
软开关技术中源损吸收电路增加额外源器件采源元件抑制二极反恢复减开关器件开通关断损耗具电路成低控制简单等优点
图18电路中开关S断开两端电压逐渐充电Vo时二极DoDc开通流二极Dr电流逐渐增加流二极Do电流逐渐减二极Doj关断开关S次开通时二极反恢复会影响开关损耗增
图18电路采耦合电感二极反恢复影响开关开通图19电路利电感抑制二极反恢复开关开通程影响冉利源器件电感中量释放
电路足处电路结构工作程较复杂
62 源损吸收电路
图20电路抑制二极反恢复采电路中加入电感电感中量释放方式图20示开关S1首先导通电感Ls抑制二极D反恢复电感Ls开关S2寄生电容发生谐振放电开关寄生二极导通开关S2实现ZVS开通
电路优点电路结构简单效抑制二极反恢复辅助开关实现ZVS开通
7 结语
综述种类型软开关功率数校正电路具够抑制二极反恢复实现开关软开通软关断减少变换器损耗进提高开关频率减少磁性元件体积重量提高变换器功率密度
仅供参考
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