[发明专利]直流－－直流软开关功率变换拓扑电路

说明书

本发明涉及一种功率变换电路，特别涉及一种直流——直流软开关功率变换拓扑电路。

电子工业出版社出版的张占松、蔡宣三编著的《开关电源的原理与设计》一书中的447页至450页提供了一种“ZVT-PWM变换器”：具有零电压转移特性的直流——直流升压变换电路如图1所示，其电路包括电压源V_ir、储能电感L_f、主MOSFET开关管S、谐振电容C_r、谐振电感L_r、辅MOSFET开关管S₁、主超快恢复二极管D、辅超快恢复二极管D₁、输出滤波电容C及负载电阻R_load。其工作时序如图2所示，T₀至T₁时段内，在T₀时刻前，S及S₁全部关断，D导通。在T₀时刻，开通S₁,L_r里的电流线性增加，在T₁时刻，L_r里的电流增大到L_f里的电流，也就是流经D的电流减少到零，于是D软关断；T₁至T₂时段内，从T₁时刻开始，C_r开始谐振放电，在T₂时刻，C_r放电到电压为零，这时，S的反并体二极管开始导通续流；T₂至T₃时段内，这期间，S的反并体二极管一直在导通续流，为了实现S的零电压开通，S的开通信号应在S的体二极管导通期间给出；T₃至T₄时段内，在T₃时刻，S₁关断，它的漏源电压被二极管D₁箝位在V₀。在S₁关断的同时，S开通。储存在L_r里的能量开始转移到负载，L_r里的电流开始线性减少，在T₄时刻，L_r里的电流减少到零，D₁软关断；T₄至T₅时段内，S一直处于导通状态，L_f里的电流线性增长；T₅至T₆时段内，在T₅时刻，S关断，C_r被L_f里的电流线性充电，T₆时刻，C_r被充电至电压为V₀,D开始导通，并在S两端的C_r实现了S的零电压关断；T₆至T₀时段内，这期间，由于V₀大于V_in,L_f里的电流线性减少。在T₀时刻，S₁再次导通，进入了下一个开关周期。遗憾的是，图2所示的波形是在没有考虑辅MOSFET开关管S₁的寄生输出结电容C₁时的波形，其电路的实际波形如图3所示。图3所示的波形与图2所示的波形的不同之处在于：在T₄时刻，L_r里的电流减少到零，D₁软关断。而此时，S₁的寄生输出结电容C₁已经贮存了V₀的电压，而此时S已经导通，这样就使得C₁与L_r开始谐振，L_r里的电流反向并谐振增加，当C₁上的电压降为零时，也就是L_r里的电流谐振到最大值时，S₁的反并体二极管D₂开始导通续流，这以后直到T₅时刻，L_r里的电流基本保持不变。在T₅时刻，主MOSFET开关管S关断，C_r被线性充电，随着C_r上的电压线性上升，L_r开始承受C_r上的电压，L_r里的电流逐步趋向于零，L_r里的电流为零时，S₁的反并体二极管D₂截止，这时L_r向C₁谐振充电，L_r里的电流也随着谐振上升，当C₁上电压谐振上升到V₀时，L_r里的电流就通过D₁流向负载，而此时D已经导通，这样L_r上承受的电压降就为零，这样就使得在T₀时刻以前，L_r里的电流就保持不变。鉴于上述原因，在T₀时刻的S₁的开通就是一种非零电流开通，也不可避免地导致了D₁在T₀时刻的关断是一种硬关断，使得S₁的开通损耗和与之相对应的D₁的关断损耗都较大。正是由于上述原因，常规的具有零电压转移特性的直流——直流升压变换拓扑应用于功率因数校正电路中，只能取得96.5％左右的效率。