一种新型的Boost变换电路的优化研究

李启煌,熊 欢,舒浇凡,肖自胜,徐 涛,陈 康,荣 军,2

一种新型的Boost变换电路的优化研究

李启煌1,熊 欢1,舒浇凡1,肖自胜1,徐 涛1,陈 康1,荣 军1,2

（1. 湖南理工学院信息科学与工程学院，湖南岳阳 414006；2. 复杂工业物流系统智能控制与优化湖南省重点实验室，湖南岳阳 414006）

在常规Boost PWM变换器中，主开关管为硬开关开通，造成开关损耗大，变换器效率低。针对这个问题研究了一种优化策略，通过在主开关管电路中增加辅助电路来实现主开关管的软开关。分析了新型Boost PWM变换电路的变换器的工作原理，最后在SABER中通过仿真验证了其不但可以主开关管实现软开通，而且能够实现功率因数校正的目的。

Boost ZVT-PWM电路 辅助电路 软开关 功率因数校正

0 引言

目前各种变换电路采用PWM控制技术，在这种变换技术中，开关器件在高电压及大电流下开通和关断。在实际电路工作中，功率开关管在开通时电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，而是有一个上升时间。在这段时间里，电流与电压发生重叠，从而有开关损耗产生。如果要实现开通损耗为零，需要开关在开通时，电压先下降为零，然后电流上升，这样的开关称为软开关[1,2]。常规Boost PWM变换器在功率因数校正电路中应用广泛，但其主开关管工作在硬开开关状态，尤其是当开关频率高的时候，其开关损耗非常大，会导致变换器效率低。本文研究了Boost ZVT-PWM变换器，可以在主电路中采取一些措施，比如增加一些器件，使主开关管工作在软开关状态，解决变换器效率低的问题。

1 新型Boost变换器的工作原理

图1 Boost-ZVT变换器电路及工作波形图

图2 Boost-ZVT变换器一周期内各运行模式的等效电路

2 仿真结果及分析

图4 Boost-zvt变换器的主电路的仿真模型图

图5为主开关管T和辅助开关管T的驱动波形图，图中显示了主开关管T是在辅助开关管T关断后才开通的，而且辅助开关管导通时间很短，显著地减少了开关管T的损耗。图6为漏源电流波形I，漏源电压V以及开关管T驱动波形V仿真波形图。从图6中可以明显的看到主开关管的漏源极电流在开关管导通前电流先过零，而漏源极电压在此期间下降到零，再给开关管加驱动脉冲，开关管导通，电流上升，成功的实现了零电压开通。当主开关关断时，主开关漏源两端电压缓慢上升，因为谐振电容的作用，实现了零电压关断。即使开关管在高频率工作状态下损耗依然很小，故对开关频率的限制大大减小。图7为输入单相电压与电流波形图，从图中7可以清楚的看到输入电流很好跟随交流输入电压，也能看出是完整的正弦波，电压无畸变，电流受开关频率的影响。图8是输出电流与输出电压波形图，从图中可以看出输出电压和输出电流近似为直线，存在一些纹波，可以通过改变滤波电容，可以消除纹波。

图5 主开关管Tr和辅助开关管Tr1的驱动信号波形

图6 辅助开关管Sr的电压和电流波形图

图7 交流输入电压Ui和电流波形Ii

图8 输出电压Ui和输出电流波形Ii

3 结论

综上所述，在常规Boost PWM变换器中加入适当的元器件可以实现主开关管的软开关，在开关频率高的情况下，即可以降低变换器的重量和体积，又不影响变换器的效率，因此Boost-ZVT PWM变换器值得推广。

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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

湖南省科技计划项目经费资助（2016TP1021）

李启煌（1996-），男，本科在读。研究方向：自动化。E-mail: 794859618@qq.com

荣军（1978-），男，副教授。研究方向：开关电源和电机控制技术。E-mail: rj1219@163.com