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两种PWM变换器无源软开关方法的比较分析

作者:时间:2012-02-14来源:网络收藏
1 引言

  近年来,随着开关电源频率的不断提高,所产生的开关损耗、电磁干扰(EMI)、尖峰电压、尖峰电流等问题引起了人们的极大关注,为克服上述问题,提出了很多的方法[1][2][3]。其中,有源技术 比较成熟,在大功率场合应用广泛,取得了理想的效果。但是,它需要额外的有源开关以及相应的控制、检测、驱动电路,结构复杂,成本较高,对于较小的功率场合则显得很不经济。而技术只用一些器件来实现软开关,所用原器件少,结构简单,成本很低且效果理想,引起了人们的广泛关注。本文就两种典型的软开关方法作一介绍并作比较分析。

2 具有最简拓扑的无源软开关方法

  无源软开关主要以结构简单、成本低廉获得了发展的价值,因此,结构是否简单成为了衡量无源软开关的一个标准。

  文献[4]从理论上说明了构成无源软开关要附加至少五个无源元器件。除了用于开通缓冲的一个限流电感器Lr,用于关断缓冲的一个吸能电容器Cr,一个在开通或关断两种不同情况下,使吸能电路电流有向流动的隔离二极管Ds1以及使馈能回路电流有向流动的二极管Ds2这些必要的元件外,还巧妙地加入了一个附加在变流器电感器L上的小功率耦合绕组La,构成实现无源软开关所要附加的最简拓扑,如图1所示,根据电流有向流动的方向来选择a或b。


  该拓扑可附加在Buck 、Boost、Buck- Boost、Cuk等DC/DC变换器中,实现电路的软开关。在Boost电路中的运用如图2所示。


  一个开关周期内电路主要参数波形如图3所示。其工作过程简单分析如下:


  在t1时刻,主开关管S开通,由于电感Lr的限流作用,开关管S实现零电流的软开通;在阶段2(t2~t3),D关断,Cr开始放电,耦合绕组La的感应电势使Cr上的电势自举提高,直到电容Cr完全释放储能;在t4时刻,主开关管S关断,由于缓冲电容Cr上的电压要从零开始上升,因此开关管S实现了零电压关断。具体的工作过程可参见文献[4]。
  
  该电路所用原器件少(5个),结构简单,在参数设计没有特别的要求,在75W到225W功率范围内可达到95%的效率。但在稍高功率输出时,它的效率就会有所下降,同时,它能实现软开关的输入电压以及负载变化范围小,占空比D要限制在0.5以内,这在一定程度上限制了它的应用范围。

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