Boost ZCT-PWM变换器开关方式的改进及其仿真研究

蔡晨晖，屈莉莉，陈健豪（佛山科学技术学院机械与电气工程学院，佛山　528000）

Boost ZCT-PWM变换器开关方式的改进及其仿真研究

蔡晨晖，屈莉莉，陈健豪
（佛山科学技术学院机械与电气工程学院，佛山528000）

0　引言

在目前的电力电子设备中，软开关技术得到了广泛应用，许多新型的软开关拓扑［1-3］相继出现，使得开关电路的性能越来越好。对于软开关电路来讲，研究热点之一是如何实现电路损耗最低、输出功率最大、效率最高。本文以Boost ZCT-PWM变换电路作为研究对象，没有改变其拓扑结构，而是从改变开关控制方式着手，研究并提出了一种新的开关控制方式，有效提高了变换器的传输功率。

1　Boost ZCT-PWM变换器及其控制方式

1.1Boost ZCT-PWM变换器

Boost ZCT-PWM变换电路原理图及主要工作波形如图1所示［4］。其中Vin表示输入电压源，Lf表示升压电感 ，Lr表示谐振电感，Cf表示输出滤波电容，Cr表示谐振电容，RL表示负载，S1表示主控制开关管，S2表示辅助控制开关管，DR、D1、D2表示二极管。

从图1（b）中可以看出，在传统的控制方式下，主开关管实现了零电流关断，但并没有实现零电流导通，所以它的导通损耗比较大。另外辅助开关管实现了零电流导通，但关断过程属于硬开关，同样存在较大的损耗。

图1　基本的Boost ZCT-PWM变换电路原理图及工作波形

1.2改进的ZCT-PWM变换器控制方式

改进控制方式下变换电路工作的主要电量波形图如图2所示［1］。改进后的控制方式延续了传统控制方式的所有优点，同时针对传统控制方式存在的不足，在主控制开关管导通前，给辅助控制开关管增加一个控制信号，先导通辅助控制开关管，在实现了主开关管零电流关断的前提下，还实现了主控制开关管的零电流导通。除此之外，该控制方式还通过对辅助开关管的控制信号脉宽度作合理调整，实现了辅助控制开关管的零电流关断。不足之处是，改进后的控制方式增加了谐振电路的谐振时间，从而增加了谐振电路的能量损耗。

图2　Boost ZCT-PWM变换电路改进控制方式下的工作波形

2　Boost ZCT-PWM变换器的新型开关方式研究

2.1改进控制方式下iLr、iLf及其占空比分析

改进控制方式下iS1、iLr、iLf的波形如图3所示。在t6时刻升压电感电流等于谐振电感电流，主开关管S1可实现零电流关断。但由于谐振电感的电流峰值大于升压电感的电流峰值，S1继续反向谐振，从而不可避免地增加了电路的导通损耗。

在保证电路实现软开关的前提下，增大主开关管S1的占空比，iLr、iLf的波形发生了改变，如图5所示。图中t6时刻谐振电感的电流峰值等于升压电感的电流峰值，消除了S1继续反向谐振过程。

图3　改进控制方式下iS1、iLr、iLf的波形

图4　占空比增大时iLr、iLf的波形

2.2新型开关方式

根据以上分析，在改进控制方式的基础上，通过对Boost ZCT-PWM变换器主开关控制方式的改进，能够使主开关的导通损耗进一步减小。新型开关方式下电路工作的主要电量波形如图5所示，从图中可以看出，谐振电路的环流能量得到明显减小。

3　仿真结果

Boost ZCT-PWM变换器主要仿真参数的设置如表1所示。基于MATLAB软件的电路仿真结果如图7所示。其中图7（a）是传统控制方式下的仿真波形，图7 （b）是改进控制方式下的仿真波形、图7（c）是本文提出的新型控制方式下的仿真波形。

图5　新型开关方式下的工作波形

表1　电路主要参数

从图7可以看出，传统控制方式只实现了主开关管的软关断和辅助开关管的软开通，主控制开关管的导通和辅助控制开关管的关断都是硬关断，并且由于辅助开关管的硬关断，导致辅助开关管在关断时其两端出现尖端脉冲，如图7（a）所示。改进控制方式实现了主辅控制开关管的软开关，但电路传输功率与传统控制方式下基本相同。本文提出的新型控制方式下，变换器保留了改进控制方式的全部优点，而且输出电压和输出功率大幅提升。

4　结语

本文以Boost ZCT-PWM变换电路为研究对象，提出在保持其拓扑结构和参数设置不变的情况下，通过改变开关的控制方式，能够大幅度提高Boost ZCTPWM变换器的输出功率。所提出的研究方法可推广至其他软开关变换器中，从而进一步提升软开关变换器的性能。

图7　Boost ZCT-PWM变换器仿真结果

［1］郑晓兰，伊林林，李瑞平.Boost ZCT-PWM变换器的改进及仿真分析［J］.现代电子技术，2007，20（259）：137-139.

［2］陆冬良，张代润，黄念慈.全软开关Boost ZCT-PWM变换器［J］.电力电子技术，2006，4（40）：43-44.

［3］苏盈.改进软开关Buck ZCT-PWM开关电路设计及其Pspice仿真［J］.通信电源技术，2010，4（27）：13-16.

［4］王聪.软开关功率变换器及其应用［M］.北京：科学出版社，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，Foshan University，Foshan 528000）

国家自然科学基金项目（No.51277030）、广东省高等学校高层次人才项目（No.2050205-194）

1007-1423（2015）21-0050-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.21.013

蔡晨晖（1970-），男，广东东莞人 ，本科，工程师，研究方向为电力电子电路控制

屈莉莉（1968-），女，湖北老河口人，博士，教授，研究方向为电力电子系统的拓扑与控制等

陈健豪（1988-），男，广东肇庆人 ，本科，研究方向为电气工程及其自动化

2015-05-21

2015-07-21

针对Boost ZCT-PWM变换器传统控制方式和改进控制方式存在的不足，通过分析主开关电流、升压电感电流、谐振电感电流以及开关占空比之间的关系，提出一种新的开关控制方式，有效提高变换器的传输功率。仿真结果证明所提出控制方式的可行性。

Boost ZCT-PWM变换器；开关方式；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.