零电流开关准谐振Boost变换器的无源控制

摘要：分析了零电流准谐振升压(ZCS-QRC Boost)变换器的工作原理。采用时间平均法对ZCS-QRC Boost变换器的状态方程进行简化，并对其采用无源控制方法，不但能够得到确保全局稳定的控制器，而且能消除输入电压负载扰动等引起输出电压的变化。通过Matlab仿真及实验验证了采用无源控制的ZCS-QRC Boost变换器的系统有较强鲁棒性以及稳定的输出电压。
关键词：变换器；无源控制；时间平均法

1 引言
软开关技术使高频开关管工作在零开关状态，从而大大减小了开关损耗，提高了开关变换器的效率。准谐振开关技术结合了谐振技术和PWM技术的优点，而准谐振变换器(QRC)能有效地解决开关强度、开关损耗以及电磁干扰等问题，可使变换器在不降低效率的前提下工作于很高的开关频率，推动了开关电源向高频化发展。但它是一个时变的非线性系统，分析设计困难。这里在分析ZVS-QRC Boost电路的基础上，采用时间状态平均法原理建立了QRC的非线性动态模型。
目前，无源性控制方法已成为研究非线性系统的重要工具，并在DC／DC变换器、功率因数校正等电力电子应用领域得到广泛应用。这里
通过Matlab仿真，对比传统PWM ZCS-QRC Boost变换器与加入无源控制的ZCS-QRC Boost的电路模型后可知，后者有较好的快速性、跟踪性和很强的鲁棒性，达到了理想的控制效果，最后通过实验进行验证。

2 ZCS-QRC Boost变换器的工作原理
2．1 电路模型及不同电路工作模态、状态方程
ZCS-QRC Boost变换器如图1所示。

工作模态1[t0，t1] 电感充电阶段。在t0时刻之前，开关管VQ关断，续流二极管VD导通。t0时刻，VQ导通，流过谐振电感Lr的电流iLr线性上升，此时VQ为零电流导通：

工作模态2[t1，t2] 谐振阶段。从t1时刻起，Lr和Cr开始谐振工作。t2时刻，iLr谐振到零，VQ为零电流关断：

工作模态3[t2，t3] 在t2时刻，iLr谐振到零，VQ关断，谐振结束，电容电压线性上升：