兩種PWM變換器無(wú)源軟開(kāi)關(guān)方法的比較分析
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近年來(lái)，隨著開(kāi)關(guān)電源頻率的不斷提高，所產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗、電磁干擾（EMI）、尖峰電壓、尖峰電流等問(wèn)題引起了人們的極大關(guān)注，為克服上述問(wèn)題，提出了很多軟開(kāi)關(guān)的方法[1][2][3]。其中，有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 比較成熟，在大功率場(chǎng)合應(yīng)用廣泛，取得了理想的效果。但是，它需要額外的有源開(kāi)關(guān)以及相應(yīng)的控制、檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，對(duì)于較小的功率場(chǎng)合則顯得很不經(jīng)濟(jì)。而無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)只用一些無(wú)源器件來(lái)實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，所用原器件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本很低且效果理想，引起了人們的廣泛關(guān)注。本文就兩種典型的PWM變換器無(wú)源軟開(kāi)關(guān)方法作一介紹并作比較分析。
2 具有最簡(jiǎn)拓?fù)涞臒o(wú)源軟開(kāi)關(guān)方法
無(wú)源軟開(kāi)關(guān)主要以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉獲得了發(fā)展的價(jià)值，因此，結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單成為了衡量無(wú)源軟開(kāi)關(guān)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
文獻(xiàn)[4]從理論上說(shuō)明了構(gòu)成無(wú)源軟開(kāi)關(guān)要附加至少五個(gè)無(wú)源元器件。除了用于開(kāi)通緩沖的一個(gè)限流電感器Lr，用于關(guān)斷緩沖的一個(gè)吸能電容器Cr，一個(gè)在開(kāi)通或關(guān)斷兩種不同情況下，使吸能電路電流有向流動(dòng)的隔離二極管Ds1以及使饋能回路電流有向流動(dòng)的二極管Ds2這些必要的元件外，還巧妙地加入了一個(gè)附加在變流器電感器L上的小功率耦合繞組La，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)無(wú)源軟開(kāi)關(guān)所要附加的最簡(jiǎn)拓?fù)洌鐖D1所示，根據(jù)電流有向流動(dòng)的方向來(lái)選擇a或b。
該拓?fù)淇筛郊釉贐uck 、Boost、Buck- Boost、Cuk等DC/DC變換器中,實(shí)現(xiàn)電路的軟開(kāi)關(guān)。在Boost電路中的運(yùn)用如圖2所示。
一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)電路主要參數(shù)波形如圖3所示。其工作過(guò)程簡(jiǎn)單分析如下：
在ｔ1時(shí)刻,主開(kāi)關(guān)管S開(kāi)通,由于電感Ｌr的限流作用，開(kāi)關(guān)管S實(shí)現(xiàn)零電流的軟開(kāi)通;在階段2(ｔ2～ｔ3)，Ｄ關(guān)斷,Cr開(kāi)始放電,耦合繞組La的感應(yīng)電勢(shì)使Cr上的電勢(shì)自舉提高,直到電容Cr完全釋放儲(chǔ)能；在ｔ4時(shí)刻,主開(kāi)關(guān)管Ｓ關(guān)斷,由于緩沖電容Cr上的電壓要從零開(kāi)始上升，因此開(kāi)關(guān)管S實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。具體的工作過(guò)程可參見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。
該電路所用原器件少（5個(gè)），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在參數(shù)設(shè)計(jì)沒(méi)有特別的要求，在75W到225W功率范圍內(nèi)可達(dá)到95%的效率。但在稍高功率輸出時(shí)，它的效率就會(huì)有所下降，同時(shí)，它能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)的輸入電壓以及負(fù)載變化范圍小，占空比D要限制在0.5以內(nèi)，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用范圍。
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