改進型BoostZCT-PWM變換器的研究及仿真分析(圖文)

改進型BoostZCT-PWM變換器的研究及仿真分析(圖文)摘要本文主要研究了一種改進型的BoostZCT-PWM變換器。首先介紹了Boost變換器及其常見的控制方式，然后闡述了ZCT-PWM控制方式的原理及其優(yōu)點。接著，提出了一種新的改進型BoostZCT-PWM變換器的拓撲結構，該拓撲結構具有零電流開關管控制、恒定開關頻率以及降低開關電壓應力等特點。最后，進行了仿真分析，結果表明該拓撲結構能夠有效降低開關器件的損失。關鍵詞：Boost變換器；ZCT-PWM控制；改進型BoostZCT-PWM變換器；仿真分析AbstractThispapermainlystudiesanimprovedBoostZCT-PWMconverter.Firstly,theBoostconverteranditscommoncontrolmethodsareintroduced,andthentheprincipleandadvantagesofZCT-PWMcontrolmethodareelaborated.Then,anewimprovedBoostZCT-PWMconvertertopologystructureisproposed,whichhascharacteristicsofzerocurrentswitchcontrol,constantswitchfrequencyandreducedswitchvoltagestress.Finally,simulationanalysisiscarriedout,andtheresultsshowthatthetopologystructurecaneffectivelyreducethelossesoftheswitchdevices.Keywords:Boostconverter;ZCT-PWMcontrol;improvedBoostZCT-PWMconverter;Simulationanalysis1.引言隨著電子技術的不斷發(fā)展，各種電力電子設備越來越被廣泛應用，如電子電源、交直流變換器、充電器等，Boost變換器由于具有簡單的結構和可靠的性能，在許多場合中使用。Boost變換器是一種直流至直流的變換器，其輸出電壓高于輸入電壓。Boost變換器由于其結構簡單，控制方式多樣，被廣泛應用于直流電源和AC-DC轉換器中。目前，Boost變換器的控制方式主要有模擬控制和數字控制兩種。模擬控制的優(yōu)點是簡單直觀，缺點是精度低，易受環(huán)境影響。數字控制的優(yōu)點是精度高，控制靈活，缺點是成本較高，設計難度大。在控制方式的基礎上，可以有ZCT-PWM控制、硬開關PWM控制、軟開關PWM控制等方式。ZCT-PWM控制方式是一種新型的PWM控制方式，具有零電流開關管控制、快速瞬時響應、低switchingloss等優(yōu)點。本文提出了一種改進型BoostZCT-PWM變換器，并進行了仿真分析。2.Boost變換器及控制方式Boost變換器是一種直流至直流的變換器，其輸出電壓高于輸入電壓。Boost變換器的基本電路圖如圖1所示。圖1Boost變換器電路圖Boost變換器的控制方式可以分為模擬控制和數字控制兩種。模擬控制方式采用比例、積分等傳統(tǒng)方法控制，控制簡單，缺點是精度低，易受環(huán)境影響。數字控制方式采用數字信號控制，具有較高的精度，但成本較高，設計難度大。Boost變換器還可分別有硬開關PWM控制和軟開關PWM控制兩種;硬開關控制具有簡單、控制方式多、成本低等優(yōu)點，但損耗大，輕載時效率低。軟開關控制具有損耗小、效率高、電磁干擾小等優(yōu)點，但控制方式復雜，成本較高。3.ZCT-PWM控制方式ZCT-PWM控制方式是一種新型的PWM控制方式，與硬開關PWM控制和軟開關PWM控制相比，具有以下優(yōu)點：（1）在開關轉換點采用零電流開關管控制，避免了開關管的開關損耗;（2）快速瞬時響應，降低了負載變化過程中的過渡過程壓降和瞬時波動；（3）峰值能量減小，降低switchingloss。ZCT-PWM控制的原理與傳統(tǒng)PWM控制相類似，即采用脈沖寬度調制技術（PWM）調節(jié)開關管的導通時間與截止時間，從而調節(jié)輸出電壓的大小。但在ZCT-PWM控制中，增加了變壓器的零電流開關管，用于制造開關管閉合時零電流條件下控制調制信號,從而避免了開關管的開關損耗。（圖2）圖2ZCT-PWM控制原理4.改進型BoostZCT-PWM變換器為了進一步降低開關器件的損耗，提高系統(tǒng)效率，在ZCT-PWM控制方式的基礎上，提出了一種新型的改進型BoostZCT-PWM變換器結構，其電路圖如圖3所示。圖3改進型BoostZCT-PWM變換器電路圖改進型BoostZCT-PWM變換器與傳統(tǒng)的Boost變換器相比，最大的改進是在輸出和負載電容之間串聯了一個電感L2，以產生電流證明以減小switchingloss。同時，在輸出端加入了二極管D1，以保護開關管不會過電壓。因此，改進型BoostZCT-PWM變換器具有以下特點：（1）在開關轉換點采用零電流開關管控制，避免了開關管的開關損耗；（2）恒定開關頻率，消除了頻率跳動問題；（3）通過電感L2減小輸出和負載電容之間的電流證明；（4）降低switchingloss。5.仿真分析為了驗證改進型BoostZCT-PWM變換器的有效性，進行了仿真實驗。選擇3V的輸入電壓，50V的輸出電壓，等值電感L1=10mH，輸出電容C1=100μF，恒定負載電流Iload=3A。仿真結果如圖4所示。圖4改進型BoostZCT-PWM變換器輸出電壓和輸出電流波形觀察圖4，可以看出，改進型BoostZCT-PWM變換器的輸出電壓穩(wěn)定，無明顯波動，在1ms以內穩(wěn)定在50V左右，輸出電流有明顯的波動，但是絕對值較小。與傳統(tǒng)Boost變換器相比，改進型BoostZCT-PWM變換器