Boost ZCT-PWM變換器開關(guān)方式的改進(jìn)及其仿真研究

蔡晨暉，屈莉莉，陳健豪（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，佛山　528000）

Boost ZCT-PWM變換器開關(guān)方式的改進(jìn)及其仿真研究

蔡晨暉，屈莉莉，陳健豪
（佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，佛山528000）

0　引言

在目前的電力電子設(shè)備中，軟開關(guān)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，許多新型的軟開關(guān)拓?fù)洌?-3］相繼出現(xiàn)，使得開關(guān)電路的性能越來越好。對于軟開關(guān)電路來講，研究熱點(diǎn)之一是如何實(shí)現(xiàn)電路損耗最低、輸出功率最大、效率最高。本文以Boost ZCT-PWM變換電路作為研究對象，沒有改變其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而是從改變開關(guān)控制方式著手，研究并提出了一種新的開關(guān)控制方式，有效提高了變換器的傳輸功率。

1　Boost ZCT-PWM變換器及其控制方式

1.1Boost ZCT-PWM變換器

Boost ZCT-PWM變換電路原理圖及主要工作波形如圖1所示［4］。其中Vin表示輸入電壓源，Lf表示升壓電感 ，Lr表示諧振電感，Cf表示輸出濾波電容，Cr表示諧振電容，RL表示負(fù)載，S1表示主控制開關(guān)管，S2表示輔助控制開關(guān)管，DR、D1、D2表示二極管。

從圖1（b）中可以看出，在傳統(tǒng)的控制方式下，主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流關(guān)斷，但并沒有實(shí)現(xiàn)零電流導(dǎo)通，所以它的導(dǎo)通損耗比較大。另外輔助開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電流導(dǎo)通，但關(guān)斷過程屬于硬開關(guān)，同樣存在較大的損耗。

圖1　基本的Boost ZCT-PWM變換電路原理圖及工作波形

1.2改進(jìn)的ZCT-PWM變換器控制方式

改進(jìn)控制方式下變換電路工作的主要電量波形圖如圖2所示［1］。改進(jìn)后的控制方式延續(xù)了傳統(tǒng)控制方式的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)針對傳統(tǒng)控制方式存在的不足，在主控制開關(guān)管導(dǎo)通前，給輔助控制開關(guān)管增加一個(gè)控制信號(hào)，先導(dǎo)通輔助控制開關(guān)管，在實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管零電流關(guān)斷的前提下，還實(shí)現(xiàn)了主控制開關(guān)管的零電流導(dǎo)通。除此之外，該控制方式還通過對輔助開關(guān)管的控制信號(hào)脈寬度作合理調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了輔助控制開關(guān)管的零電流關(guān)斷。不足之處是，改進(jìn)后的控制方式增加了諧振電路的諧振時(shí)間，從而增加了諧振電路的能量損耗。

圖2　Boost ZCT-PWM變換電路改進(jìn)控制方式下的工作波形

2　Boost ZCT-PWM變換器的新型開關(guān)方式研究

2.1改進(jìn)控制方式下iLr、iLf及其占空比分析

改進(jìn)控制方式下iS1、iLr、iLf的波形如圖3所示。在t6時(shí)刻升壓電感電流等于諧振電感電流，主開關(guān)管S1可實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。但由于諧振電感的電流峰值大于升壓電感的電流峰值，S1繼續(xù)反向諧振，從而不可避免地增加了電路的導(dǎo)通損耗。

在保證電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的前提下，增大主開關(guān)管S1的占空比，iLr、iLf的波形發(fā)生了改變，如圖5所示。圖中t6時(shí)刻諧振電感的電流峰值等于升壓電感的電流峰值，消除了S1繼續(xù)反向諧振過程。

圖3　改進(jìn)控制方式下iS1、iLr、iLf的波形

圖4　占空比增大時(shí)iLr、iLf的波形

2.2新型開關(guān)方式

根據(jù)以上分析，在改進(jìn)控制方式的基礎(chǔ)上，通過對Boost ZCT-PWM變換器主開關(guān)控制方式的改進(jìn)，能夠使主開關(guān)的導(dǎo)通損耗進(jìn)一步減小。新型開關(guān)方式下電路工作的主要電量波形如圖5所示，從圖中可以看出，諧振電路的環(huán)流能量得到明顯減小。

3　仿真結(jié)果

Boost ZCT-PWM變換器主要仿真參數(shù)的設(shè)置如表1所示?；贛ATLAB軟件的電路仿真結(jié)果如圖7所示。其中圖7（a）是傳統(tǒng)控制方式下的仿真波形，圖7 （b）是改進(jìn)控制方式下的仿真波形、圖7（c）是本文提出的新型控制方式下的仿真波形。

圖5　新型開關(guān)方式下的工作波形

表1　電路主要參數(shù)

從圖7可以看出，傳統(tǒng)控制方式只實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管的軟關(guān)斷和輔助開關(guān)管的軟開通，主控制開關(guān)管的導(dǎo)通和輔助控制開關(guān)管的關(guān)斷都是硬關(guān)斷，并且由于輔助開關(guān)管的硬關(guān)斷，導(dǎo)致輔助開關(guān)管在關(guān)斷時(shí)其兩端出現(xiàn)尖端脈沖，如圖7（a）所示。改進(jìn)控制方式實(shí)現(xiàn)了主輔控制開關(guān)管的軟開關(guān)，但電路傳輸功率與傳統(tǒng)控制方式下基本相同。本文提出的新型控制方式下，變換器保留了改進(jìn)控制方式的全部優(yōu)點(diǎn)，而且輸出電壓和輸出功率大幅提升。

4　結(jié)語

本文以Boost ZCT-PWM變換電路為研究對象，提出在保持其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)置不變的情況下，通過改變開關(guān)的控制方式，能夠大幅度提高Boost ZCTPWM變換器的輸出功率。所提出的研究方法可推廣至其他軟開關(guān)變換器中，從而進(jìn)一步提升軟開關(guān)變換器的性能。

圖7　Boost ZCT-PWM變換器仿真結(jié)果

［1］鄭曉蘭，伊林林，李瑞平.Boost ZCT-PWM變換器的改進(jìn)及仿真分析［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，20（259）：137-139.

［2］陸冬良，張代潤，黃念慈.全軟開關(guān)Boost ZCT-PWM變換器［J］.電力電子技術(shù)，2006，4（40）：43-44.

［3］蘇盈.改進(jìn)軟開關(guān)Buck ZCT-PWM開關(guān)電路設(shè)計(jì)及其Pspice仿真［J］.通信電源技術(shù)，2010，4（27）：13-16.

［4］王聰.軟開關(guān)功率變換器及其應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

Boost ZCT-PWM Converter；Switching Mode；Simulation

Research on the Improvement and Simulation of Switching Mode of Boost ZCT-PWM Converter

CAI Chen-hui，QU Li-li，CHEN Jian-hao
（School of Mechanical and Electrical Engineering，F(xiàn)oshan University，F(xiàn)oshan 528000）

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.51277030）、廣東省高等學(xué)校高層次人才項(xiàng)目（No.2050205-194）

1007-1423（2015）21-0050-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.21.013

蔡晨暉（1970-），男，廣東東莞人 ，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娏﹄娮与娐房刂?/p>

屈莉莉（1968-），女，湖北老河口人，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏﹄娮酉到y(tǒng)的拓?fù)渑c控制等

陳健豪（1988-），男，廣東肇慶人 ，本科，研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化

2015-05-21

2015-07-21

針對Boost ZCT-PWM變換器傳統(tǒng)控制方式和改進(jìn)控制方式存在的不足，通過分析主開關(guān)電流、升壓電感電流、諧振電感電流以及開關(guān)占空比之間的關(guān)系，提出一種新的開關(guān)控制方式，有效提高變換器的傳輸功率。仿真結(jié)果證明所提出控制方式的可行性。

Boost ZCT-PWM變換器；開關(guān)方式；仿真

Aiming at improving the disadvantages of traditional and corrective control method of the Boost ZCT-PWM converter，proposes a new kind of switching mode.The relationships between the main switching equipment current，boost inductance current，analyzes resonant inductance current and duty cycle of switching.The simulation results show that the transmitted power of the converter is effectively improved.