软勒开关原理分析

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1、软勒开关原理分析在DC/DC升压式电路中，通常釆用的拓扑结构有Boost、BuckBoost和推挽三种。而当输入电圧比较低（如单节蓄电池供电时仅12V），功率不太大的情况下，一般优先采用推挽结构。碾开关在推挽电路中应用已比较成熟，本文先针对硬开关技术，分析其在工程应用中存在的弊端，进而引入软开关技术艷"，并作一比较分析。最后，按照产品设计要求，研制了一台300WDC/DC变换器。结果表明，运用这种拓扑结构设计的升压变换器具冇诸多优点。2硕开关电路2.1工作原理图1为推挽式锁开关电路的工作原理图⑴。它有3种工作模式:山UQ：—图1硬开关电路原理图模式

2、1Q导通，Q?截止，原边电流流经同时变圧器副边电流通过m和几向负载供电；模式2Q?导通，Qi截止，原边电流流经Q,同时变圧器副边电流通过D?和D2向负载供电；模式3Q：和Q_‘都截止，原边不向副边传输能量，则负载的能量来自副边的滤波电感L和滤波电容C.2.2分析图2和图3是变换器工作时功率管两端的电压波形。由于电感的原因，功率管导通电压降呈锯齿波形,见图3中的瓯沁图2功率管工作波形5psKJOMS/sStpD999insSin)・匚十-4I丄VdM.H[0V._H,10VAutoCH2DC图3功率管导通电压降变换器工作条件如下：Q12V,Kf200

3、V,Q1.5A；E=50kIIz,Z=200pII,丘二凡二10Q/2W,G=G=0.01uF,功率管为BUZlOOSLo测得整机效率仅为74%,且功率管发热比较严重。通过改变吸收电路参数，并联功率管，调节输出滤波参数显示，并联功率管和适当増加厶值町以明显捉髙整机的效率（见表1）。具体分析如下：1）增大吸收电容，可以降低功率管关断时的冲击电压，减小功率管的关断损耗，但通过吸收电容转移过來的能最必须由吸收电路屮的功率电阻在一个开关周期内给消耗掉，故整机效率还是没冇捉高，只是实现了功耗的转移。2）并联功率管时，开关导通电阻减小，在导通电流不变的情况下，

4、开关的导通损耗下降，整机效率得以提高；3）増大输出滤波电感时，折算到原边的电感也随Z增大，山伍汀可知，此时流经功率管电流的变化率降低，电流的峰值下降，则开关的导通损耗也随Z下降。但当电感増大到一定值时，由于电感自身损耗的増加人于开关导通损耗的减小，则整机效率反而下降。表1破开关时效率随参数变化情况电感L/pH100200400500效率/%单管72I748280并管75p78"8884电感的增加，带來变换器的体枳和成木的增儿如何在不增加变换器的体积和成木的基础上提高效率?因此将串联谐振软开关技术引入到推挽变换器中忆川。3软开关电路3.1工作原理图4

5、为软开关电路的原理图，图5是理想工作波形。它有4种工作模式:图4软开关电路原理图VCI模式1［0,hlQi在零电压下导通，通过厶、C谐振，当流经0的电流谐振到零时，Q：实现零电流关断：模式2［久紡Q：关断而Q还未导通时，通过变压器剩余的激磁电流，使G充电至2%、同时Q上的电压放电到零；模式3［爲，和Qj在零电压下导通，通过厶、G的谐振，当流经Q?的电流谐振到零时，Q?实现零电流关断；模式4［尽（JQ?关断而Q：还未导通，通过变压器剩余的激磁电流，使Q充电至2K、同时G上的电压放电到零。3.2实验结果1）元器件及参数在硬开关实验装置的基础上，调報部分

6、元器件及参数。（1）变压器磁芯仍用EE55,变比山2：2：50改为2：2：42；副边漏感为50nil。（2）谐振电容式中：2>50kHz为变换器的工作频率；厶二50pH为变压器的漏感，即谐振电感;C为谐振电容，由式（1）可得电容为0.2uF。（3）吸收及滤波参数去掉吸收电路元件虑、G、金、Q及滤波电感£。（4）功率管采用BUZ100SI.双管并联工作。2）分析图6〜8为变换器工作在软开关模式下的波形。其中图6是仿真波形，图7和图8是实验波形。由于功率管是在零电压下开通和零电流下关断，功率管的电压应力（图7）相对于破开关时（图2）要小。山于功率管是在

7、零电流下开关，故变压器副边侧的整流二极管也工作于软开关下，所以变换器效率能得到很大程度的提高，经测试，最高可达92.5%。f11丿1556315.57015.57515J»»I53K51555MI15.595■V(DUZ52:3)°・*L2)/illS图6功率管电压波形图7功率管工作电压波形5gsJOOMS/sStp0200nsSin图8谐振电流波形比较分析为进一步揭示软开关工作的优势，在同样的工作前捉条件下，对两种工作模式作一实验比较分析。4・1工作前提条件输入/输出电压12V/200V输出电流1.5A变换器的丄作频率50kHz4.2功率管（

8、双管并联）BUZ100SLX2元件比较山于变压器原副边的匝比降低，所以工作于软开关模式下的变压器町采用EE50磁芯和骨架。