新型ZVS型Buck的ZVS QRC的设计(6页).doc

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1、-新型ZVS型Buck的ZVS QRC的设计-第 6 页图XXX 表示 需要实际仿真后需要替换的项目，放在在这里仅仅为了做例子公式 表示未经过仿真所计算的电路数据，仿真时可根据需要自行修改数据1、引言为减小DCDC变换器尺寸和损耗，必须提高变换器开关频率，而开关频率的提高会直接提高开关损耗引入软开关技术可解决这个矛盾.这里主要研究Buck变换器的软开关电路，并通过仿真寻找软开关实现的条件。课本提出一些软开关技术。但均存在不足。这里提出一种改进ZVS QRC Buck变换器。可有效降低器件电压应力。为适应谐振过程还需设置一定死区。2、 ZVS型Buck准谐振电路2.1、电路结构图1为ZVS-Bu

2、ck-QRC电路结构。图1 ZVS-Buck-QRC电路结构为直流输入电源；开关管、续流二极管VD、输出滤电感、输出滤波电容和负载R构成基本Buck电路；反并联二极管、谐振电容和谐振电感，用来实现软开关。简单来说，当为关断状态时，、串联谐振，使实现ZVS开通；当为开通状态即将关断时，并联电容可有效抑制两端电压上升速度，降低关断损耗，抑制电压尖峰。工作在ZVS开通状态，则必须在两端电压已为零而上电流还未衰减到零的时段内向发送开通信号。从上个周期关断到这个周期开通的时间间隔（即关断时间）可表示为： （1）式中：D为V1门级脉冲的占空比。谐振周期。即要实现的ZVS开启，需满足： （2） 2.3、电路

3、参数设计为2.93.1V，额定3V；输出直流电压为0.40.45V；额定功率=280W；开关频率=500kHz。为减小输出电流、电压纹波，选取=400H，=500H。通常取0.150.65即可，为计算方便，取=0.2。则谐振角频率为：7rads-1 （3） 谐振时和储能相等，即，由可得=450 。用此式除以式（3）可得 ，仿真中取150；2.4、仿真结果图2a为ZVS-Buck-QRC仿真结果。通过谐振作用降到零后导通，实现ZVS开通，与理论分析完全相符。图2b为ZVS-Buck-QRC与传统Buck电路效率曲线。可见，ZVS-Buck-QRC较传统Buck变换器在低负载时效率平均提高约7%。

4、图2a与2bZVS-Buck-QRC电路通过谐振实现了ZVS，但ZVS只能在一个特定时间段内实现，即D只能在特定范围内调节，ZVS状态下输入电压只能在小范围内连续调节，设计谐振参数时需预先知道电路大概工作的占空比范围，此外，在谐振过程中将会提升至数倍以上的，增加了开关器件的耐压要求，这两个缺点极大限制了此电路的实用性。3 改进ZVS型Buck变换器3.1 电路结构图3表示改进ZVS型Buck变换器电路。相比图1电路，改进ZVS型Buck变换器电路添加了辅助开关 及其反并联二极管 、电容 。与互补开通。3.2 电路工作流程分析为简化分析，作如下假设： 电路已工作稳态； 足够大。即一个开关周期内认

5、为输出电压恒为； 与相比很小，与相比很小； 稳态工作时两端电压恒为。 电路进入稳态后，在一个内可分为8个状态。选取关断时刻为分析起始点模态0。 模态1（） 时刻前导通，和VD关断，电源通过,向负载供电。时刻关断，、开始谐振，VD导通，两端承受反向输出电压，线性下降。,。由于不能突变，从零开始上升，上升至时， 两端电压下降到-，导通。此时被限制在，模态1结束。 模态2（） 时刻导通，线性下降。直到时刻下降到零。,可得，又由于，代入上式可得。由于下降过程中导通，故在模态2中某时刻向发送触发信号可使实现ZVS开通。和VD形成回路。 模态3 （） 时刻，过零。由于在模态2中已向发送触发信号，在时刻正式

6、导通，仍承受-，反向线性增大，到时刻达到反向峰值。 模态4 （） 时刻关断，由于电感电流不能突变，通过，即、开始谐振。这时，只要死区足够大，且中储存的能量大于中储存的能量，即，就可以降到零。设时刻中储存的能量完全释放，降到零。 模态5 （） 时刻降到零，由于可知此时电感电流还没有过零，由于电感电流不能突变，导通，两端电压仅为的导通压降，在此模态内向发送开通信号可实现ZVS开通。恒为，线性下降，。时刻可继续正向增大。 模态6 （） 时刻，导通，线性上升，时刻=，VD关断。 模态7 （） 电源通过、向R供电，线性上升，。 直到时刻关断，开始一个新周期。 在模态5中，虽然有触发脉冲，但由于仍为负值，

7、不能立刻导通，要等到过零后才能实现D到的换流。即实际的导通时刻与触发脉冲发送时刻不同，存在一个占空比损失的现象。由上述分析可得电路在一个周期的工作波形如图4所示。由式（2）与模态1可知死区时间大于的一半，即。图4 流程分析图 若希望工作在ZVS开通状态，则必须在已为零而还未衰减到零的时段内向发送开通信号。同时。由于存在占空比损失，故实际占空比应该大于理论占空比，即。4仿真及实验4.1 电路参数设计及谐振回路参数选择=3V，=0.425V，=30W，开关频率=500kHz。承受电压应力不高于900V。=400,=500。负载电流0.227A（80%）。为尽量提高D可调范围，死区不能太宽，；由可得

8、，6rads-1.由可得；由可知，为控制电压应力不超过900V，=1.14V；同时可知与成正比，将=1.14V，22.代入可得，仿真者请慎重仿真）。4.2 仿真结果图5a与5b图5为提出变换器仿真与负载电流波形。由图5a可见，被成功限制在900V以下。关断后通过谐振作用下降到零，实现ZVS开通。此外，死区设计很关键，倘若死区太小没有完全放电，不能实现ZVS开通；死区过大，过零，重新充电，也无法实现ZVS。由于使用了软开关技术，可取很高，这里开关频率=500kHz，图5b为波形。很明显由于提高，输出电流波纹明显降低。这样，在同样波纹要求下，和取值可以很小，有效降低了装置的整体体积。5 结论设计提

9、出的一种改进型ZVS型Buck电路，仿真及实验证明该电路降低了器件电压要求，而且带载效果良好，有效降低了滤波器要求。参考文献【l】陈刚软开关双向DCDC变换器的研究D】杭州：浙江大学2001【2】胡平，谢顺依，杨迎化，等新型ZVS全桥DCDC变换器J】电力自动化设备，2010，30(2)：103105【3】杨德刚，赵良炳软开关技术回顾与展望【J】电力电子技术，1998，32(2)：96101【4】CMudio M C Duarte，Vitor Mauro FioriA New ZVSPWM Active-clamping Buck-Boost ConverterAPower Electroni

10、cs Specialists ConferenceC2005：14291433【5】秦岭，谢少军，周晖一种新型ZCSPWM Buck变换器研究【J】电力电子技术，2007，41(2)：1315【6】Chienming Wang，Chinghung Su，Chien-Yeh Ho，et a1A Novel ZVSPWM Single-phase Inverter Using a Voltage Clamp ZVS Boost DC LinkAIn 2007 Second IEEEConference on Industrial Electronics and ApplicationsC2007：309-313