BOOST軟開(kāi)關(guān)技術(shù)綜述

1、BOOST軟開(kāi)關(guān)技術(shù)綜述O引言近二十年來(lái)電力電子技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用到電力、冶金、化工、煤炭、通訊、家電等領(lǐng)域。多數(shù)電力電子裝置通過(guò)整流器與電力網(wǎng)接口，經(jīng)典的整流器是一個(gè)由二極管或晶閘管組成的非線性電路，它會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量電流諧波和無(wú)功功率，污染電網(wǎng)，成為電力公害。在20世紀(jì)80年代中后期，開(kāi)關(guān)電源有源功率因數(shù)校正技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的重視，進(jìn)行了許多專(zhuān)題研究并取得了大量成果。有源功率因數(shù)校正技術(shù)在整流器與濾波電容之間增加一個(gè)/開(kāi)關(guān)變換器。在各種單相電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，升壓型功率因數(shù)校正電路由于具有主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，變換效率高，控制策略易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。高頻化可以減小有源

2、功率因數(shù)校正電路的體積、重量，提高電路的功率密度。為了使電路能夠在高頻下高效率地運(yùn)行，有源功率因數(shù)校正電路的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)成為重要的研究方向。本文對(duì)單相有源功率因數(shù)校正電路軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分類(lèi)，并對(duì)每一類(lèi)型的電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作方式及工作特點(diǎn)做出了分析。零電壓開(kāi)關(guān)功率因數(shù)校正電路工作方式是指利用諧振現(xiàn)象及有關(guān)器件的箝位作用，使開(kāi)關(guān)變換器中開(kāi)關(guān)管的電壓在開(kāi)啟或關(guān)斷過(guò)程中維持為零。圖電路為功率因數(shù)校正電路，也稱(chēng)擴(kuò)展周期準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校正電路。在輔助開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)，電感抑制二極管的反向恢復(fù)。電感與電容發(fā)生諧振至流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流降至輸入電流大小。開(kāi)關(guān)導(dǎo)通后，電感與電容再次諧振至流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為，電容兩端電壓為使

3、開(kāi)關(guān)1開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)一關(guān)斷。電路的不足之處是開(kāi)關(guān)的電流應(yīng)力比較大。hSJDr藍(lán)hSJDr藍(lán)sj圖1擴(kuò)展周期準(zhǔn)諧振功率因數(shù)校圧電路零.電壓轉(zhuǎn)換功率因數(shù)校正電路零.電壓轉(zhuǎn)換功率因數(shù)校正電路在工作方式中，諧振網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c主電路是并聯(lián)的。零轉(zhuǎn)換功率因數(shù)校正電路的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗很小，能實(shí)現(xiàn)零開(kāi)關(guān)特性而不增大開(kāi)關(guān)的電流或電壓應(yīng)力，適用于較高電壓和大功率的變換器。圖所示電路是傳統(tǒng)的電路。電感與主開(kāi)關(guān)寄生電容諧振使其寄生二極管導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)開(kāi)通；同時(shí)，電感抑制了二極管的反向恢復(fù),二極管為電感中的能量提供釋放回路。圖2ZVT-PWM功率因數(shù)校正電路之一及波形圖圖2ZVT-PWM功率因數(shù)校正電路之一及波形圖圖3ZVT

4、-PWM功率因數(shù)校正電路之二及波形圖此電路的優(yōu)點(diǎn)在于主開(kāi)關(guān)開(kāi)通，二極管的反向恢復(fù)得到抑制，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不足之處是輔助開(kāi)關(guān)硬開(kāi)通。圖所示是對(duì)傳統(tǒng)電路的改進(jìn)電路，其開(kāi)關(guān)時(shí)序、豐開(kāi)關(guān)的電壓、電流波形與圖相同。改進(jìn)之處是在電感回路中串接二極管消除升壓二極管寄生電容與電感寄生振蕩；在二極管兩端并接電容減小了開(kāi)關(guān)的關(guān)斷損耗，可以提高電路的效率。電路的不足之處是改進(jìn)后電路的輔助開(kāi)關(guān)仍為硬開(kāi)通。圖所示電路主開(kāi)關(guān)為開(kāi)通，其開(kāi)通過(guò)程與上面兩種電路稍有不同，當(dāng)諧振電感與電容與開(kāi)關(guān)寄生電容諧振至開(kāi)關(guān)兩端電壓為零時(shí),開(kāi)關(guān)開(kāi)通；與可改善開(kāi)關(guān)、的關(guān)斷過(guò)程，減小關(guān)斷損耗；電感抑制了二極管的反向恢復(fù)二極管、為電感提供能量釋放

5、回路。電路不足之處是輔助開(kāi)關(guān)硬開(kāi)通。圖4ZVT-PWM功率因數(shù)校正電WrM功率因數(shù)校正電路之二及波形圖圖電路與以上兩電路的最大區(qū)別在于實(shí)現(xiàn)了一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)通。如波形圖所示，主開(kāi)關(guān)開(kāi)通，感抑制了二極管的反向恢復(fù)，電感與電容諧振，開(kāi)關(guān)反并二極管開(kāi)通，為開(kāi)關(guān)提供開(kāi)通；電容與電感繼續(xù)諧振，流過(guò)電容的電流反向時(shí)，開(kāi)關(guān)反并二極管開(kāi)通，實(shí)現(xiàn)關(guān)斷。此電路的優(yōu)點(diǎn)是主開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)了開(kāi)通，因此,此電路又稱(chēng)為電路。電路的不足之處在于輔助開(kāi)關(guān)的硬關(guān)斷。零電流轉(zhuǎn)換功率因數(shù)校正電路圖電路為傳統(tǒng)的零電流轉(zhuǎn)換功率因數(shù)校正電路。如圖所示，輔助開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)，電容與電感諧振，主開(kāi)關(guān)反并二極管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)關(guān)斷；開(kāi)關(guān)反并二極管

6、關(guān)斷后，開(kāi)關(guān)關(guān)斷，二極管開(kāi)通，為電感提供能量釋放回路。圖13ZCT-PWM功率因數(shù)校正電路之一及波形圖VvWW.kJIdITytlcZil*圖13ZCT-PWM功率因數(shù)校正電路之一及波形圖VvWW.kJIdITytlcZil*此電路的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了主開(kāi)關(guān)的關(guān)斷，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。不足之處是，輔助開(kāi)關(guān)硬開(kāi)關(guān)開(kāi)通關(guān)斷，二極管的反向恢復(fù)沒(méi)有得到抑制，主開(kāi)關(guān)電流應(yīng)力較大。圖電路對(duì)傳統(tǒng)的一功率因數(shù)校正電路進(jìn)行了改進(jìn)。如圖波形圖所示，開(kāi)關(guān)開(kāi)通時(shí)，電容、電感諧振，流過(guò)二極管的電流逐漸減小到零,其反向恢復(fù)得到抑制；諧振電流換向后，開(kāi)關(guān)反并二極管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)關(guān)斷；開(kāi)關(guān)開(kāi)通后，電容與電感諧振，開(kāi)關(guān)反并二極管導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)關(guān)斷

7、。7517517f7此足路握點(diǎn)助實(shí)關(guān)了一個(gè)開(kāi)關(guān)S有兩次斷過(guò)極管的反作方得諧振較多，都會(huì)增大電路的損耗。有源箝位功率因數(shù)校正電路在變換器中，為了抑制二極管的反向恢復(fù)，在主開(kāi)關(guān)和二極管之間串聯(lián)一個(gè)諧振電感可以有效地抑制二極管的反向恢復(fù)，但是當(dāng)主開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，諧振電感會(huì)在開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生很大的電壓應(yīng)力，為了保證電路的安全運(yùn)行，需要有一個(gè)箝位電路來(lái)箝位電壓。在圖電路中，如波形圖所示，主開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，兩端電壓逐漸上升至箝位電壓V輔助開(kāi)關(guān)寄生二極管開(kāi)通，電感與電容諧振，開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)開(kāi)通；開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，二極管開(kāi)通，電感與開(kāi)關(guān)寄生電容諧振至開(kāi)關(guān)寄生二極管開(kāi)通，開(kāi)關(guān)一實(shí)現(xiàn)開(kāi)通。電路增加二極管是為了消除二極管結(jié)電容與電感的諧振。

8、r.SJ復(fù)得r.SJ復(fù)得電路的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)到抑制；不足之處復(fù)合有源箝位功率因數(shù)校正電路對(duì)有源箝位功率因數(shù)校正電路的改進(jìn)主要體現(xiàn)在電路拓?fù)浜涂刂茣r(shí)序兩個(gè)方面：將二極管放在箝位電路外以消除二極管結(jié)電容與電感的寄生振蕩；如圖所示時(shí)序可以保證開(kāi)關(guān)、與二極管在任一時(shí)刻只有兩個(gè)器件導(dǎo)通，另一個(gè)器件被箝位在主開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，電感與開(kāi)關(guān)寄生電容諧振使寄生二極管導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)開(kāi)通；開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，電感與開(kāi)關(guān)、寄生電容諧振使開(kāi)關(guān)寄生二極管導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)開(kāi)通。圖16復(fù)合有源箱位功率因數(shù)校王電跆更波形圖此電路的優(yōu)點(diǎn)在于兩個(gè)開(kāi)關(guān)均實(shí)現(xiàn)了開(kāi)通，二極管的反向恢復(fù)得到抑制，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；不足之處是開(kāi)關(guān)與二極管的電壓應(yīng)力較大。針對(duì)這一不足，提出了最

9、小電壓復(fù)合有源箝位電路，如圖所示，該電路將電感與輔助開(kāi)關(guān)位置進(jìn)行了交換，開(kāi)關(guān)時(shí)序不變，這樣，開(kāi)關(guān)、二極管任兩者導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)被箝位在。該電路波形與復(fù)合有源箝位功率因數(shù)校正電路相似，具有它的優(yōu)點(diǎn)。圖17最小電壓復(fù)合有源箝位功率因數(shù)城正電路帶有無(wú)損吸收電路的功率因數(shù)校正電路無(wú)源無(wú)損吸收電路在軟開(kāi)關(guān)技術(shù)中，無(wú)源無(wú)損吸收電路不增加額外的有源器件，只是采用無(wú)源元件來(lái)抑制二極管的反向恢復(fù)，并且減小了開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)通和關(guān)斷損耗，因此具有電路成本低，控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。在圖電路中，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后其兩端電壓逐漸被充電至?xí)r，二極管、開(kāi)通，流過(guò)二極管的電流逐漸增加，流過(guò)二極管、的電流逐漸減小至二極管關(guān)斷，當(dāng)開(kāi)關(guān)再次開(kāi)通時(shí)，二極管的反向恢復(fù)不會(huì)影響開(kāi)關(guān)損耗的增大。2壬r,SFin、2壬r,SFin、圖18無(wú)源無(wú)損吸收電路之一及一波形圖圖18電路采用耦合電感使二極管反向恢復(fù)影響不到開(kāi)關(guān)的開(kāi)通，圖19電路則是利用電感抑制二極管的反向恢復(fù)對(duì)開(kāi)關(guān)開(kāi)通過(guò)程的影響，冉利用無(wú)源器件將電感中能量釋放。+卄IkDi圖19+卄IkDi圖19無(wú)源無(wú)損吸收電路之二空波形圖此電路的不足之處在于電路結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程都比較復(fù)雜。2有源無(wú)損吸收電路圖20電路抑制二極管反向恢復(fù)采用在電路中加入電感，再將電感中的能量釋放的方式。如圖所示，主開(kāi)關(guān)首先導(dǎo)通，電感抑制了二極管的反向恢復(fù)，電感與開(kāi)關(guān)寄生電容發(fā)生諧