[發明專利]一種無源無損軟開關的Boost變換器和控制方法

在審

• 申請號: 202110249355.4
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113014097A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 劉芳;萬江湖;李勇;劉玲
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158;H02M1/08
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 劉新年

本發明實施例涉及開關電源技術領域，特別涉及一種無源無損軟開關的Boost變換器和控制方法，通過在開關管兩端并聯容量較大的輔助箝位電容與輔助二極管的串聯支路，使得開關管關斷過程中電壓變化幾乎為零，從而實現近似零電壓關斷。在開關管漏極串聯輔助電感，使開關管在極短的開通瞬間電流幾乎為零，實現了開關管近似零電流開通。另一輔助電感與輔助二極管的串聯支路釋放存儲在箝位電容里的能量到輸入電源，實現電容的電荷守恒。因此，無源軟開關電路所需能量都被無損地吸收和釋放，實現了變換器的高效率運行。

技術領域

本發明實施例涉及開關電源技術領域，特別涉及一種無源無損軟開關的Boost變換器和控制方法。

背景技術

隨著對DC-DC變換器尺寸和效率的研究，輕小化是目前研究的一個方向。開關頻率與變換器的體積和重量相關，提高開關頻率可以減小電容、電感等元件的體積，但是會導致較大的開關損耗、較高的開關應力和電磁損耗。為了解決這個矛盾，軟開關技術應運而生。

軟開關技術可以分為有源軟開關和無源軟開關兩種。采用具有有源開關的輔助電路，具有軟開關范圍寬的優點。然而，有源電路使用的輔助開關需要額外的散熱器。通常有源輔助開關源極不接地，必須采用浮動柵極驅動器。這將導致變換器電路更復雜，系統成本增加，功率密度可能降低。此外，有源電路的輔助開關通常工作在硬開關模式，開關損耗大，且存在寄生諧振與電壓應力高的問題。

無源軟開關電路不增加任何有源器件，因此變換器電路復雜度和控制難度都不會增加。但是現有無源軟開關Boost電路或增加了多個輔助二極管，且二極管在較長時間內同時導通，引起更嚴重的導通損耗；或采用耦合電感以使輔助電感或者輔助漏感電流復位，引起磁芯損耗和線圈損耗增加，且連續的輔助電感電流導致開關管電流應力變大。除上述方法外，若以諧振方式實現軟開關，則存在電壓峰值高、諧振時間長的問題，諧振電流受負載電流以及占空比的影響，軟開關范圍受到很大的限制的問題。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種無源無損軟開關的Boost變換器和控制方法，通過設計合適的輔助電路參數控制策略，在很寬電壓范圍和滿負載范圍實現軟開關，使用元器件數量少，電壓應力增加小，易于設計并獲得較高的效率，解決了現有技術中軟開關范圍受到很大的限制的問題。

為解決上述技術問題，第一方面，本發明的實施例提供了一種無源無損軟開關的Boost變換器，其特征在于，包括電源V_i、功率MOSFET主開關Q、第一輔助電感L_a、第二輔助電感L_r、輔助箝位電容C_r、第一輔助續流二極管D_r1和第二輔助續流二極管D_r2；

所述功率MOSFET主開關Q的源極連接所述電源V_i的負極，所述功率MOSFET主開關Q的漏極連接所述第一輔助電感L_a的第二端，所述第一輔助電感L_a的第一端連接所述電源V_i的正極；所述第二輔助電感L_r的第一端連接所述第二輔助續流二極管D_r2的陽極，所述第二輔助電感L_r的第一端連接所述功率MOSFET主開關Q的源極；所述第二輔助續流二極管D_r2的陰極連接所述第一輔助續流二極管D_r1的陽極，所述第一輔助續流二極管D_r1的陰極連接所述電源V_i的正極。

作為優選的，還包括主濾波電感L和功率二極管D，所述主濾波電感L的第一端連接所述電源V_i的正極，所述主濾波電感L的第二端連接所述第一輔助電感L_a的第一端；所述功率二極管D的第一端連接所述第一輔助電感L_a的第一端，功率二極管D的第二端連接所述功率MOSFET主開關Q的漏極。