一种运用软开关的Boost电路

一种运用软开关的Boost电路

图1主电路原理图

1引言

采用硬开关工作方式的Boost电路，在开关频率很高时，其开关损耗增大，电源效率降低。

为了提高开关电源的频率和效率，必须减小开关损耗。本文提出了一种运用软开关技术的Boost电路，该电路实现简便，开关频率恒定，控制简单。通过对该电路工作原理的分析，以及仿真及实验的结果，证明该电路具有良好的减少开关损耗及提高电源效率的作用。

2主电路拓扑及工作原理分析

该电路的拓扑如图1所示。从图中可以看出，它是由传统的Boost电路与由D2、D3、Lr、Cr组成的谐振电路连接而成的。

该电路工作过程如图2所示。为了讨论的方便，我们假定L1中的电流和Cf中的电压在一个开关周期内保持不变。电路工作波形如图3所示。

1)第一阶段[t0－t1]

t0时刻二极管D1导通，能量由电源向负载输送。

2)第二阶段[t1－t2]

S1在ZCS的状态下开通，t2时刻Lr中的电流线性下降到零。由于D1保持导通，Cr的电压保持在Vo。

3)第三阶段[t2－t3]

t2时刻D1截至，谐振开始，D2导通，电容Cr向Lr充电，Cr上的电压由Vo变到－Vi。

4)第四阶段[t3－t4]

t3时刻D3导通，Cr中的电压与输入电压相等。在这个阶段中，Lr中的电流线性减小到零。

5)第五阶段[t4－t5]

t4时刻Lr中的电流变为0，D2、D3截至。

6)第六阶段[t5－t6]

t5时刻S1在ZVS的状态下断开，D3为电流ii提供一条通路，电容线性放电。

7)第七阶段[t6－t7]

t6时刻电容Cr上的电压变为（Vo－Vi）时，D1导通。在此过程中，Lr和Cr又有一次谐振，直至VCr变为Vo。

8)第八阶段[t7－t8]

t7时刻VCr=Vo时，D2导通，Lr中的电流线性上升，直至电流变为Ii。

该阶段结束后，便开始，下一个周期。

从图3中可以看出，电路是工作在软开关状态下的。 图2主电路工作过程图

(h)第八阶段[t7－t8]

图3电路工作波形

一种运用软开关的Boost电路

()

POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS

Vol.5No.10

October2002

第5卷第10期

2002年10月

图4占空比变化时，静态增益与输入电流的关系

图5电源工作区域

图6仿真结果

图7开关电压、电流波形

图8软硬开关效率比较

系如图4所示。

图5给出了Boost电路工作的3个区域。在区域3,电路工作在硬开关状态,其它两个区域工作在软开关状态,在第2、3区域，t8时刻时Lr的电流变为Ii，这会阻止Cr电压变为Vo，但尽管如此，电源还是工作于区域2。

4仿真及实验结果

为了验证该电路的可行性，对该电路进行了仿真，仿真结果如图6所示。仿真中所选各元器件的参数为：

Vi=30VL1=300μHLr=2μH

Cf=330μFCr=15nFR=10Ω

f=100kHz

开关管选IRF740

实验结果如图7所示。实验所选参数与仿真参数一致。软硬开关效率比较如图8所示。

5结语

本文提出的这种运用软开关技术的Boost电路，从仿真波形和实验结果来看，该电路效率较高，最大可达96％，因此对于硬开关电路而言，该电路对于减少开关损耗，提高电源效率具有一定的积极意义，但同时，开关过程中开关两端的电压振荡与电流过流也值得做进一步研究。

参考文献

[1]阮新波.直流开关电源的软开关技术[M].北京：科学出

版社.2000.

[2]VilelaM.S.,CoelhoE.A.A.,VieiraJ.B.,FreitasL.C.,

FariasV.J.PWMSoft?SwitchingConvertersUsingaSingleActiveSwitch[C].IEEE－APEC'96record:299－304

[3]M.VILELA,V.FARIAS,E.G.SILVA.ABuckPWM

Soft?SwitchingConverterUsingaSingleActiveSwitch[C].IEEJ－IPEC'95record:956－961.