一種新型的Boost變換電路的優(yōu)化研究

李啟煌,熊 歡,舒澆凡,肖自勝,徐 濤,陳 康,榮 軍,2

一種新型的Boost變換電路的優(yōu)化研究

李啟煌1,熊 歡1,舒澆凡1,肖自勝1,徐 濤1,陳 康1,榮 軍1,2

（1. 湖南理工學院信息科學與工程學院，湖南岳陽 414006；2. 復雜工業(yè)物流系統(tǒng)智能控制與優(yōu)化湖南省重點實驗室，湖南岳陽 414006）

在常規(guī)Boost PWM變換器中，主開關(guān)管為硬開關(guān)開通，造成開關(guān)損耗大，變換器效率低。針對這個問題研究了一種優(yōu)化策略，通過在主開關(guān)管電路中增加輔助電路來實現(xiàn)主開關(guān)管的軟開關(guān)。分析了新型Boost PWM變換電路的變換器的工作原理，最后在SABER中通過仿真驗證了其不但可以主開關(guān)管實現(xiàn)軟開通，而且能夠?qū)崿F(xiàn)功率因數(shù)校正的目的。

Boost ZVT-PWM電路 輔助電路 軟開關(guān) 功率因數(shù)校正

0 引言

目前各種變換電路采用PWM控制技術(shù)，在這種變換技術(shù)中，開關(guān)器件在高電壓及大電流下開通和關(guān)斷。在實際電路工作中，功率開關(guān)管在開通時電壓不是立即下降到零，而是有一個下降時間，同時它的電流也不是立即上升到負載電流，而是有一個上升時間。在這段時間里，電流與電壓發(fā)生重疊，從而有開關(guān)損耗產(chǎn)生。如果要實現(xiàn)開通損耗為零，需要開關(guān)在開通時，電壓先下降為零，然后電流上升，這樣的開關(guān)稱為軟開關(guān)[1,2]。常規(guī)Boost PWM變換器在功率因數(shù)校正電路中應用廣泛，但其主開關(guān)管工作在硬開開關(guān)狀態(tài)，尤其是當開關(guān)頻率高的時候，其開關(guān)損耗非常大，會導致變換器效率低。本文研究了Boost ZVT-PWM變換器，可以在主電路中采取一些措施，比如增加一些器件，使主開關(guān)管工作在軟開關(guān)狀態(tài)，解決變換器效率低的問題。

1 新型Boost變換器的工作原理

圖1 Boost-ZVT變換器電路及工作波形圖

圖2 Boost-ZVT變換器一周期內(nèi)各運行模式的等效電路

2 仿真結(jié)果及分析

圖4 Boost-zvt變換器的主電路的仿真模型圖

圖5為主開關(guān)管T和輔助開關(guān)管T的驅(qū)動波形圖，圖中顯示了主開關(guān)管T是在輔助開關(guān)管T關(guān)斷后才開通的，而且輔助開關(guān)管導通時間很短，顯著地減少了開關(guān)管T的損耗。圖6為漏源電流波形I，漏源電壓V以及開關(guān)管T驅(qū)動波形V仿真波形圖。從圖6中可以明顯的看到主開關(guān)管的漏源極電流在開關(guān)管導通前電流先過零，而漏源極電壓在此期間下降到零，再給開關(guān)管加驅(qū)動脈沖，開關(guān)管導通，電流上升，成功的實現(xiàn)了零電壓開通。當主開關(guān)關(guān)斷時，主開關(guān)漏源兩端電壓緩慢上升，因為諧振電容的作用，實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。即使開關(guān)管在高頻率工作狀態(tài)下?lián)p耗依然很小，故對開關(guān)頻率的限制大大減小。圖7為輸入單相電壓與電流波形圖，從圖中7可以清楚的看到輸入電流很好跟隨交流輸入電壓，也能看出是完整的正弦波，電壓無畸變，電流受開關(guān)頻率的影響。圖8是輸出電流與輸出電壓波形圖，從圖中可以看出輸出電壓和輸出電流近似為直線，存在一些紋波，可以通過改變?yōu)V波電容，可以消除紋波。

圖5 主開關(guān)管Tr和輔助開關(guān)管Tr1的驅(qū)動信號波形

圖6 輔助開關(guān)管Sr的電壓和電流波形圖

圖7 交流輸入電壓Ui和電流波形Ii

圖8 輸出電壓Ui和輸出電流波形Ii

3 結(jié)論

綜上所述，在常規(guī)Boost PWM變換器中加入適當?shù)脑骷梢詫崿F(xiàn)主開關(guān)管的軟開關(guān)，在開關(guān)頻率高的情況下，即可以降低變換器的重量和體積，又不影響變換器的效率，因此Boost-ZVT PWM變換器值得推廣。

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Research on Optimization of a New Type of Boost Transform Circuit

Li Qihuang1, Xiong Huan1, Shu Xiaofan1, Xiao Zisheng1, Xu Tao1, Chen Kang1, Rong Jun1,2

(1. Department of Information Science and Engineering, Hunan Institute of Science and Technology, Yueyang 414006, Hunan, China; 2. Key Laboratory of Hunan Province on Intelligent Control and Optimization of Complex Industrial Logistics System, Yueyang 414006, Hunan, China)

TM46

A

1003-4862（2018）11-0046-03

2018-06-08

湖南省科技計劃項目經(jīng)費資助（2016TP1021）

李啟煌（1996-），男，本科在讀。研究方向：自動化。E-mail: 794859618@qq.com

榮軍（1978-），男，副教授。研究方向：開關(guān)電源和電機控制技術(shù)。E-mail: rj1219@163.com