電路零轉(zhuǎn)換工作原理

　　升壓ZVT-PWM轉(zhuǎn)換電路如圖1所示，下面來分析所采用電路的工作原理和電路運行模式：升壓ZVT-PWM轉(zhuǎn)換器不同于傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器，圖1和圖2分別為它的電路圖及波形圖。升壓ZVT-PWM轉(zhuǎn)換器在傳統(tǒng)的升壓轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上增加了一個ZVT 網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由輔助開關(guān)QZVT、諧振電感Lr、諧振電容Cr及二極管D2和D3組成。電路工作時，輔助開關(guān)QZVT先于主開關(guān)QMAIN 開通，使ZVT 諧振網(wǎng)絡(luò)工作，電容Cr上電壓(即主開關(guān)QMAIN 兩端電壓)下降到零，創(chuàng)造主開關(guān)QMAIN 零電壓開通條件。

圖1 升壓ZVT-PWM轉(zhuǎn)換器主電路

圖2  升壓ZVT-PWM轉(zhuǎn)換器波形圖

　　運行模式分析

　　假設(shè)輸入電感足夠大，可以用恒流源IIN代替，而輸出濾波電容足夠大，輸出端可用恒壓源VO 代替。設(shè)t

　　1. t0 - t1：在t0之前，主開關(guān)QMAIN和輔助開關(guān)QZVT關(guān)斷，二極管D1導(dǎo)通，負(fù)載電流全部流過D1。在t0時刻，輔助開關(guān)QZVT 導(dǎo)通，隨著QZVT 的開通，諧振電感Lr 中的電流線性上升到IIN。而二極管D1中的電流線性下降至零，二極管D1零電流關(guān)斷，即實現(xiàn)了二極管的軟關(guān)斷。而在實際電路中，二極管D1 需要經(jīng)歷反向恢復(fù)以除去結(jié)電荷。此時，ZVT諧振電感Lr上的電壓為VO，電感電流上升至IIN的時間t01為：

　　(1)

　　2. t1-t2：在t1 時刻，諧振電感Lr 中的電流線性上升到IIN，Lr和Cr開始諧振。在諧振周期內(nèi)，Cr放電直到電壓為零。漏極電壓變換率du/dt由Cr控制，Cr實際上是CDS與COSS的和。在Cr放電的同時，諧振電感中的電流則持續(xù)上升。漏極電壓降至零所需的時間長度應(yīng)是諧振周期的1/4。在諧振周期結(jié)束時，主開關(guān)管的體二極管開通。這一過程結(jié)束時，QMAIN的體二極管開通。

 (2)

　　3. t2-t3：這一期間開始時，主開關(guān)QMAIN的漏極電壓降到零，其體內(nèi)二極管開通。流過體二極管的電流由ZVT電感提供。由于電感兩端的電壓為零，因此，二極管處于續(xù)流狀態(tài)。而與此同時，主開關(guān)管實現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通。

　　4. t3-t4：在t3時刻，控制電路感應(yīng)到主開關(guān)管QMAIN的漏極電壓降為零時，開通主開關(guān)管QMAIN，同時關(guān)斷輔助開關(guān)管QZVT。在輔助開關(guān)管QZVT關(guān)斷后，Lr中的能量通過二極管D2向負(fù)載傳輸。

　　5. t4-t5：在t4 時刻，D2中的電流下降到零，此時電路的工作狀態(tài)與普通的升壓轉(zhuǎn)換器相同。而實際中，Lr將與輔助開關(guān)管QZVT的結(jié)電容COSS發(fā)生諧振，使二極管D1陽極電壓為負(fù)。

　　6. t5-t6：這個階段電路的工作過程和普通 升壓轉(zhuǎn)換幾乎完全一致，主開關(guān)管QMAIN關(guān)斷，其漏-源結(jié)電容被充至VO，主二極管D1開始向負(fù)載供電。由于一開始結(jié)電容使漏極電壓為零，因此，主開關(guān)管QMAIN的關(guān)斷損耗大大降低。

　　7. t6-t0：這個階段處于續(xù)流狀態(tài)，二極管D1導(dǎo)通，電路通過電感L為負(fù)載提供能量。

　　實驗結(jié)果

　　電路參數(shù)設(shè)計

　　設(shè)計指標(biāo)：單相交流輸入220V，上下波動15%，輸出功率為2000W，效率為90%，輸出電壓為380V，轉(zhuǎn)換器工作頻率為100kHz。

　　仿真結(jié)果

　　在計算機(jī)仿真軟件Matlab的Simulink中建立仿真模型進(jìn)行仿真。仿真參數(shù)：Vin=220V;L=200mH;fk=100kHz;Lr=4.7mH;Cr=470pF。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 輸入電壓/電流仿真圖

　　從圖3可以看出，輸入電流較好地跟蹤了輸入電壓，達(dá)到了功率因數(shù)校正的目的。

　　實驗分析

　　搭好主電路和控制電路，調(diào)試后用示波器觀察波形，圖4為輸入交流電壓/電流實驗波形圖。由圖可見，輸入交流電流與輸入交流電壓相位相同，輸入電流波形為正弦波，實現(xiàn)了系統(tǒng)的高功率因數(shù)。電壓由于功率管的開關(guān)及分布參數(shù)的影響還存在一些毛刺，可以通過使用共模電感加以抑制。

圖4 交流輸入電壓和電流波形

　　結(jié)語

　　綜上所述，在單相功率因數(shù)校正電路中采用升壓ZVT-PWM 轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)軟開關(guān)PFC。實驗結(jié)果表明，該電路很好地達(dá)到了功率因數(shù)校正的目的，而且減少了開關(guān)管的損耗，抑制了電磁干擾并提高了系統(tǒng)的效率?！?/P>