一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器制造技术

本发明专利技术公开一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器，包括：主二极管D1、主开关管S2、滤波电感L

【技术实现步骤摘要】
一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器


[0001]本专利技术涉及电力电子变流
，尤其涉及一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器。

技术介绍

[0002]通常采用功率因数校正PFC提高功率因数PF和降低总谐波失真。在众多的PFC电路中，Boost变换器因其结构简单、输入电流连续和特性统一性强得到广泛的应用。其中无桥Boost PFC通过减少工作回路上半导体器件的数量来降低导通损耗，达到提高效率的目的。但无桥PFC中的开关损耗问题突出，当提高开关频率时，电路中的开关损耗会随之增大，尤其是当电路工作在CCM时，续流二极管的反向恢复电流将会增大开关管的开通损耗。实现高开关频率操作，辅助换流软开关变换器拓扑结构和控制方案在优化参数的同时不影响原主回路工作模式，降低开关损耗不增加开关应力。
[0003]D.Divan在1989年提出第一个现代软开关变换器：主动箝位谐振型DC
‑
Link逆变器AC
‑
RDCL。R.De Doncker在1990年提出了辅助谐振换向极变换器ARCP。在最初提出的ARCP逆变器中，换流电流脉冲由一个DC
‑
link直流母线电容、一个双向开关和一个谐振电感组成的辅助电路产生，即采用了电容分压。拓扑结构简单，效率、输出功率和功率密度等参数得到改善。
[0004]但是技术瓶颈始终在于，直流环节电容分压点的电荷不平衡，电压不稳定，低输出频率应用时尤其突出。需要复杂的检测和延时控制电路，根据分压点电压、负载电流控制换流电感换流前的储能。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的缺点和不足，本专利技术提供一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器，实现了主开关零电压开通，有效提高效率和功率密度，降低成本和EMI。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器，包括：主二极管D1、主开关管S2、滤波电感L
Tf
、直流母线电容C
B
、输入电源V
Tf
、辅助电容C
a1
、第一辅助二极管D
a1
、第二辅助二极管D
a2
、第三辅助开关管S
a3
、第四辅助开关管S
a4
、辅助换流电感L
r
；
[0007]其中，所述主开关管S2的漏极、主二极管D1的正极相连于P点，滤波电感L
Tf
的一端与输入电源V
Tf
的正极相连，另一端与P点相连；第二辅助二极管D
a2
的正极与第三辅助开关管S
a3
的集电极相连于Q 点，第二辅助二极管D
a2
的负极与第一辅助二极管D
a1
的正极相连于a 点，第三辅助开关管S
a3
的发射极与第四辅助开关管S
a4
的集电极相连于b点；辅助换流电感L
r
一端连接与P点，另一端连接于Q点；主二极管D1的负极和第一辅助二极管D
a1
的负极相连于直流母线电容 C
B
的正极；主开关管S2的源极和第四辅助开关管S
a4
的发射极相连于直流母线电容C
B
的负极和输入电源V
Tf
的负极；辅助电容C
a1
一端连在a点，另一端连在b点；
[0008]工作流程及切换时间间隔为：
[0009]电路处于稳定状态，S2、S
a3
、S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
Tf
通过D1续流；
[0010]t0时刻，开通辅助开关S
a4
，延迟T
A1
后，t
B
时刻开通S2；
[0011][0012]S2保持开通，延T
A2
后，按照主回路PWM的控制，t4时刻关断S2，关断S
a4
；
[0013][0014]S2、S
a3
、S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
Tf
通过D1续流；
[0015]按照主回路PWM的控制的时刻，t6时刻开通S
a3
，延迟T
A1
后， t
E
时刻开通S2；
[0016][0017]S2保持开通，延迟T
A2
后，按照主回路PWM的控制，t
10
时刻关断S2，关断S
a3
；
[0018][0019]优选地，不同时间节点，Boost变换器的工作模式为：
[0020]模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2、S
a3
、S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
Tf
通过D1续流；由于电阻分压，此时辅助电容C
a1
上的电压为
[0021]模式2，t0‑
t1：t0时刻，开通辅助开关S
a4
，换流电感电流i
Lr
从零开始线性增加；t
A
时刻，i
Lr
(t)的值达到I
Tf
；t1时刻，换流电感电流i
Lr
(t) 大小与滤波电感L
Tf
中的电流及由主二极管D1反向恢复对换流谐振电感L
r
预充电流之和相等；
[0022][0023][0024]其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0‑1为：
[0025][0026]模式3，t1‑
t2：t1时刻，P点电位开始下降，换流电感L
r
与主回路二极管的等效并联电容C1和主开关S2等效输出电容C2发生谐振，对 C1充电对C2放电；t2时刻，P点电位到达0；
[0027]换流电感电流的时域表达式为：
[0028][0029]其中：
[0030][0031][0032][0033]其中t1时刻到t2时刻之间的时段T1‑2为：
[0034][0035]模式4，t2‑
t3:t2时刻，主开关S2的体二极管导通；L
r
中的电流开始线性减少，t
B
时刻，开通主回路开关S2，t
C
时刻，L
r
中的电流线性减小到I
Tf
；t3时刻，L
r
中的电流线性减小到0；
[0036]S2的ZVS允许导通时间为t2时刻到t
C
时刻之间的时间段T2‑
C
：
[0037][0038][0039][0040]其中t2时刻到t3时刻之间的时段T2‑3为：
[0041]T2‑3＝T0‑1[0042]模式5，t3‑
t4：t3时刻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等效电容分压辅助换流的Boost变换器，其特征在于，包括：主二极管D1、主开关管S2、滤波电感L
Tf
、直流母线电容C
B
、输入电源V
Tf
、辅助电容C
a1
、第一辅助二极管D
a1
、第二辅助二极管D
a2
、第三辅助开关管S
a3
、第四辅助开关管S
a4
、辅助换流电感L
r
；其中，所述主开关管S2的漏极、主二极管D1的正极相连于P点，滤波电感L
Tf
的一端与输入电源V
Tf
的正极相连，另一端与P点相连；第二辅助二极管D
a2
的正极与第三辅助开关管S
a3
的集电极相连于Q点，第二辅助二极管D
a2
的负极与第一辅助二极管D
a1
的正极相连于a点，第三辅助开关管S
a3
的发射极与第四辅助开关管S
a4
的集电极相连于b点；辅助换流电感L
r
一端连接与P点，另一端连接于Q点；主二极管D1的负极和第一辅助二极管D
a1
的负极相连于直流母线电容C
B
的正极；主开关管S2的源极和第四辅助开关管S
a4
的发射极相连于直流母线电容C
B
的负极和输入电源V
Tf
的负极；辅助电容C
a1
一端连在a点，另一端连在b点；工作流程及切换时间间隔为：电路处于稳定状态，S2、S
a3
、S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
Tf
通过D1续流；t0时刻，开通辅助开关S
a4
，延迟T
A1
时段后，t
B
时刻开通S2；S2保持开通，延T
A2
后，按照主回路PWM的控制，t4时刻关断S2，关断S
a4
；S2、S
a3
、S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
Tf
通过D1续流；按照主回路PWM的控制的时刻，t6时刻开通S
a3
，延迟T
A1
后，t
E
时刻开通S2；S2保持开通，延迟T
A2
后，按照主回路PWM的控制，t
10
时刻关断S2，关断S
a3
；上述公式中，i
Tf
为流经滤波电感L
Tf
的瞬时电流，I
Tf
为流经滤波电感L
Tf
的一次换流过程中的平均电流；C1主回路二极管电等效并联电容，C2是主开关S2等效输出电容，二者的电容值都为C
m
‑
oss
；换流谐振电流Ir定义为：换流谐振电感L
r
中通过的最大电流与滤波电感L
Tf
中的电流I
Tf
之差。2.根据权利要求1所述的等效电容分压辅助换流的Boost变换器，其特征在于，不同时间节点，Boost变换器的工作模式为：模式1，t<t0：电路处于稳定状态，S2、S
a3
、S
a4
处于关断状态；输入电源电流i
Tf
通过D1续流；由于电阻分压，此时辅助电容C
a1
上的电压为模式2，t0‑
t1：t0时刻，开通辅助开关S
a4
，换流电感电流i
Lr
从零开始线性增加；t
A
时刻，i
Lr
(t)的值达到I
Tf
；t1时刻，换流电感电流i
Lr
(t)大小与滤波电感L
Tf
中的电流及由主二极管D1反向恢复对换流谐振电感L
r
预充电流之和i
LTf
+I
r
相等；
其中t0时刻到t1时刻之间的时段T0‑1为：模式3，t1‑
t2：t1时刻，P点电位开始下...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹健，刘鑫，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：