引言
輕小化是目前電源產品追求的目標。而提高開關頻率可以減小電感、電容等元件的體積。但是,開關頻率提高的瓶頸是器件的開關損耗,于是軟開關技術就應運而生。一般,要實現比較理想的軟開關效果,都需要有一個或一個以上的輔助開關為主開關創(chuàng)造軟開關的條件,同時希望輔助開關本身也能實現軟開關。
Boost電路作為一種最基本的DC/DC拓撲而廣泛應用于各種電源產品中。由于Boost電路只包含一個開關,所以,要實現軟開關往往要附加很多有源或無源的額外電路,增加了變換器的成本,降低了變換器的可靠性。
Boost電路除了有一個開關管外還有一個二極管。在較低壓輸出的場合,本身就希望用一個MOSFET來替換二極管階段1〔t0~t1〕該階段,S1導通,L上承受輸入電壓,L上的電流線性增加。在t1時刻,S1關斷,該階段結束。
2)階段2〔t1~t2〕S1關斷后,電感電流對S1的結電容進行充電,使S2的結電容進行放電,S2的漏源電壓可以近似認為線性下降,直到下降到零,該階段結束。
3)階段3〔t2~t3〕當S2的漏源電壓下降到零之后,S2的寄生二極管就導通,將S2的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài),也就是為S2的零電壓導通創(chuàng)造了條件。
4)階段4〔t3~t4〕S2的門極變?yōu)楦唠娖?,S2零電壓開通。電感L上的電流又流過S2。L上承受輸出電壓和輸入電壓之差,電流線性減小,直到S2關斷,該階段結束。
5)階段5〔t4~t5〕此時電感L上的電流方向仍然為正,所以該電流只能轉移到S2的寄生二極管上,而無法對S1的結電容進行放電。因此,S1是工作在硬開關狀態(tài)的。
接著S1導通,進入下一個周期。從以上的分析可以看到,S2實現了軟開關,但是S1并沒有實現軟開關。其原因是S2關斷后,電感上的電流方向是正的,無法使S1的結電容進行放電。但是,假如將L設計得足夠小,讓電感電流在S2關斷時為負的,如圖4所示,就可以對S1的結電容進行放電而實現S1的軟開關了。
在這種情況下,一個周期可以分為6個階段,各個階段的等效電路如圖5所示。其工作原理描述如下。
1)階段1〔t0~t1〕該階段,S1導通,L上承受輸入電壓,L上的電流正向線性增加,從負值變?yōu)檎?。在t1時刻,S1關斷,該階段結束。
2)階段2〔t1~t2〕S1關斷后,電感電流為正,對S1的結電容進行充電,使S2的結電容放電,S2的漏源電壓可以近似認為線性下降。直到S2的漏源電壓下降到零,該階段結束。
3)階段3〔t2~t3〕當S2的漏源電壓下降到零之后,S2的寄生二極管就導通,將S2的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài),也就是為S2的零電壓導通創(chuàng)造了條件。
4)階段4〔t3~t4〕S2的門極變?yōu)楦唠娖?,S2零電壓開通。電感L上的電流又流過S2。L上承受輸出電壓和輸入電壓之差,電流線性?小,直到變?yōu)樨撝?,然后S2關斷,該階段結束。
5)階段5〔t4~t5〕此時電感L上的電流方向為負,正好可以使S1的結電容進行放電,對S2的結電容進行充電。S1的漏源電壓可以近似認為線性下降。直到S1的漏源電壓下降到零,該階段結束。
6)階段6〔t5~t6〕當S1的漏源電壓下降到零之后,S1的寄生二極管就導通,將S1的漏源電壓箝在零電壓狀態(tài),也就是為S1的零電壓導通創(chuàng)造了條件。
接著S1在零電壓條件下導通,進入下一個周期??梢钥吹?,在這種方案下,兩個開關S1和S2都可以實現軟開關。
2 軟開關的參數設計
以上用同步整流加電感電流反向的辦法來實現Boost電路的軟開關,其中兩個開關實現軟開關的難易程度并不相同。電感電流的峰峰值可以表示為
ΔI=/L (1)
式中:D為占空比;
T為開關周期。
所以,電感上電流的最大值和最小值可以表示為
Imax=ΔI/2+Io (2)
Imin=ΔI/2-Io (3)
式中:Io為輸出電流。
將式(1)代入式(2)和式(3)可得
Imax=/2L+Io (4)
Imin=/2L-Io (5)
從上面的原理分析中可以看到S1的軟開關條件是由Imin對S2的結電容充電,使S1的結電容放電實現的;而S2的軟開關條件是由Imax對S1的結電容充電,使S2的結電容放電實現的。另外,通常滿載情況下