Boost ZCT-PWM變換器開關方式的改進及其仿真研究

蔡晨暉，屈莉莉，陳健豪（佛山科學技術學院機械與電氣工程學院，佛山　528000）

Boost ZCT-PWM變換器開關方式的改進及其仿真研究

蔡晨暉，屈莉莉，陳健豪
（佛山科學技術學院機械與電氣工程學院，佛山528000）

0　引言

在目前的電力電子設備中，軟開關技術得到了廣泛應用，許多新型的軟開關拓撲［1-3］相繼出現，使得開關電路的性能越來越好。對于軟開關電路來講，研究熱點之一是如何實現電路損耗最低、輸出功率最大、效率最高。本文以Boost ZCT-PWM變換電路作為研究對象，沒有改變其拓撲結構，而是從改變開關控制方式著手，研究并提出了一種新的開關控制方式，有效提高了變換器的傳輸功率。

1　Boost ZCT-PWM變換器及其控制方式

1.1Boost ZCT-PWM變換器

Boost ZCT-PWM變換電路原理圖及主要工作波形如圖1所示［4］。其中Vin表示輸入電壓源，Lf表示升壓電感 ，Lr表示諧振電感，Cf表示輸出濾波電容，Cr表示諧振電容，RL表示負載，S1表示主控制開關管，S2表示輔助控制開關管，DR、D1、D2表示二極管。

從圖1（b）中可以看出，在傳統的控制方式下，主開關管實現了零電流關斷，但并沒有實現零電流導通，所以它的導通損耗比較大。另外輔助開關管實現了零電流導通，但關斷過程屬于硬開關，同樣存在較大的損耗。

圖1　基本的Boost ZCT-PWM變換電路原理圖及工作波形

1.2改進的ZCT-PWM變換器控制方式

改進控制方式下變換電路工作的主要電量波形圖如圖2所示［1］。改進后的控制方式延續了傳統控制方式的所有優點，同時針對傳統控制方式存在的不足，在主控制開關管導通前，給輔助控制開關管增加一個控制信號，先導通輔助控制開關管，在實現了主開關管零電流關斷的前提下，還實現了主控制開關管的零電流導通。除此之外，該控制方式還通過對輔助開關管的控制信號脈寬度作合理調整，實現了輔助控制開關管的零電流關斷。不足之處是，改進后的控制方式增加了諧振電路的諧振時間，從而增加了諧振電路的能量損耗。

圖2　Boost ZCT-PWM變換電路改進控制方式下的工作波形

2　Boost ZCT-PWM變換器的新型開關方式研究

2.1改進控制方式下iLr、iLf及其占空比分析

改進控制方式下iS1、iLr、iLf的波形如圖3所示。在t6時刻升壓電感電流等于諧振電感電流，主開關管S1可實現零電流關斷。但由于諧振電感的電流峰值大于升壓電感的電流峰值，S1繼續反向諧振，從而不可避免地增加了電路的導通損耗。

在保證電路實現軟開關的前提下，增大主開關管S1的占空比，iLr、iLf的波形發生了改變，如圖5所示。圖中t6時刻諧振電感的電流峰值等于升壓電感的電流峰值，消除了S1繼續反向諧振過程。

圖3　改進控制方式下iS1、iLr、iLf的波形

圖4　占空比增大時iLr、iLf的波形

2.2新型開關方式

根據以上分析，在改進控制方式的基礎上，通過對Boost ZCT-PWM變換器主開關控制方式的改進，能夠使主開關的導通損耗進一步減小。新型開關方式下電路工作的主要電量波形如圖5所示，從圖中可以看出，諧振電路的環流能量得到明顯減小。

3　仿真結果

Boost ZCT-PWM變換器主要仿真參數的設置如表1所示。基于MATLAB軟件的電路仿真結果如圖7所示。其中圖7（a）是傳統控制方式下的仿真波形，圖7 （b）是改進控制方式下的仿真波形、圖7（c）是本文提出的新型控制方式下的仿真波形。

圖5　新型開關方式下的工作波形

表1　電路主要參數

從圖7可以看出，傳統控制方式只實現了主開關管的軟關斷和輔助開關管的軟開通，主控制開關管的導通和輔助控制開關管的關斷都是硬關斷，并且由于輔助開關管的硬關斷，導致輔助開關管在關斷時其兩端出現尖端脈沖，如圖7（a）所示。改進控制方式實現了主輔控制開關管的軟開關，但電路傳輸功率與傳統控制方式下基本相同。本文提出的新型控制方式下，變換器保留了改進控制方式的全部優點，而且輸出電壓和輸出功率大幅提升。

4　結語

本文以Boost ZCT-PWM變換電路為研究對象，提出在保持其拓撲結構和參數設置不變的情況下，通過改變開關的控制方式，能夠大幅度提高Boost ZCTPWM變換器的輸出功率。所提出的研究方法可推廣至其他軟開關變換器中，從而進一步提升軟開關變換器的性能。

圖7　Boost ZCT-PWM變換器仿真結果

［1］鄭曉蘭，伊林林，李瑞平.Boost ZCT-PWM變換器的改進及仿真分析［J］.現代電子技術，2007，20（259）：137-139.

［2］陸冬良，張代潤，黃念慈.全軟開關Boost ZCT-PWM變換器［J］.電力電子技術，2006，4（40）：43-44.

［3］蘇盈.改進軟開關Buck ZCT-PWM開關電路設計及其Pspice仿真［J］.通信電源技術，2010，4（27）：13-16.

［4］王聰.軟開關功率變換器及其應用［M］.北京：科學出版社，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）

國家自然科學基金項目（No.51277030）、廣東省高等學校高層次人才項目（No.2050205-194）

1007-1423（2015）21-0050-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.21.013

蔡晨暉（1970-），男，廣東東莞人 ，本科，工程師，研究方向為電力電子電路控制

屈莉莉（1968-），女，湖北老河口人，博士，教授，研究方向為電力電子系統的拓撲與控制等

陳健豪（1988-），男，廣東肇慶人 ，本科，研究方向為電氣工程及其自動化

2015-05-21

2015-07-21

針對Boost ZCT-PWM變換器傳統控制方式和改進控制方式存在的不足，通過分析主開關電流、升壓電感電流、諧振電感電流以及開關占空比之間的關系，提出一種新的開關控制方式，有效提高變換器的傳輸功率。仿真結果證明所提出控制方式的可行性。

Boost ZCT-PWM變換器；開關方式；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.