Boost谐振软开关变换器的制作方法

本实用新型涉及一种Boost谐振软开关变换器，其应用于汽车充电桩模块，电力系统充电模块，通信系统充电模块，太阳能DC/DC模块等电源领域。

背景技术：

在工业自动控制和电源等领域，开关电源有着效率高，重量轻，体积小等优势。及广泛的应用。

开关电源的稳定、可靠性尤其重要。同时要求故障率极低，效率高。尤其是在大功率的开关电源中效率是一个重要的技术指标它标志着节能环保。在通信，电力系统中的充电模块等，特别是在电动汽车充电桩，太阳能建设中，所用到的电源模块都会应用到Boost电路。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种高增益、低成本、控制简单的Boost谐振软开关变换器。

本实用新型Boost谐振软开关变换器，包括：电源、储能升压电感(Lf)、开关管(VT)、开关管(VT)的寄生二极管(VD1)、谐振电容(Cr)、谐振电感(Lr)、滤波电容(Cf)、开关整流二极管(VD2)以及为负载(Rr)，其中，电源正输出端通过储能升压电感(Lf)、开关管(VT)连接电源负端，开关管(VT)的寄生二极管(VD1)与开关管(VT)并联，电源的正输出端还通过谐振电感(Lr)、开关整流二极管(VD2)连接电源负端，谐振电容(Cr)、滤波电容(Cf)分别与开关管(VT)并联，负载(Rr)并联在滤波电容(Cf)的两端；

状态1，谐振电容Cr充电阶段(t0-t1)，

在to之前，开关管VT导通，输入电流Ii经VT续流(即导通)，使谐振电容Cr二端电压为0V，VD1处于关断状态，此时谐振电容的电压Vcr<Vo，开关管寄生二极管VD1处于反偏，谐振电感Lr电流为0A，在to时刻开关管VT关断，输入电流Ii对谐振电容Cr充电，电容电压从0V开始线性上升。此时开关管VT的C点为0V，即VT是零电压关断；

状态2，谐振阶段(t1-t3)，

当谐振电容Cr的电压充电到Vo时，Cr和Lr开始谐振，电感Lr上的电流ILr从0开始上升。从t1开始上升到t2时，Ilr＝I0，此时Vcr电压到最大值Vcr(max)，从t2开始Ilr>I0

此时，Cr开始放电Vcr电压开始下降。到t3时Vcr电压下降到0V，二极管VD1开始导通，使VT的电压钳位到0V，此时VT导通，即VT零电压导通。

状态3，谐振电感Lr放电阶段(t3-t4)，

此时VT导通，输入电流Ii通过VT到输入电压负，使C点电压为0V，电感Lf开始储能。谐振电感Lr二端的电压＝Vo，谐振电感Lr开始放电，电流Ilr线性下降。到t4降到零；

由于VD1的钳位，Cr二端电压为零；

状态4，储能电感Lf续流阶段(t4-t5)，

谐振电流＝0，谐振电路停止工作，输入电流Ii通过Lf和VT(开通状态)到输入电压负，电感Lf开始储能，输出电容Cf给负载放电，到t5开关管VT关断，开始下一个工作周期。

进一步地，所述开关管(VT)为MOS管或者IGBT管。

进一步地，谐振电感和电容的谐振阻抗为：

滤波电容Cf：

储能升压电感Lf：

谐振电容Cr电压电容充电时间(0V到Vo)，即：t＝t₁-t₀。

本实用新型Boost谐振软开关变换器，包括：

有益效果

本实用新型Boost谐振软开关变换器与现有技术具备如下有益效果：

比较传统的Boost电路：1，效率有大幅度的提高，2，功率器件发热量明显下降。3，对功率器件的电压应力要求低。4，功率器件所用的散热器小。以上几点，有利于整机稳定性，进一步降低故障率。特别是效率提高有利于国家提倡的绿色节能环保。该电路只增加了二个电子元件，有很高的性价比。Boost谐振软开关电路应用广泛。

附图说明

图1是本实用新型的Boost升压变换器ZVS准谐振电路；

图2是本实用新型四种开关状态等效电路；

图3是本实用新型工作波形；

图4是本实用新型电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

实施例

本实施例Boost谐振软开关变换器，其特征在于，包括：电源、储能升压电感(Lf)、开关管(VT)、开关管(VT)的寄生二极管(VD1)、谐振电容(Cr)、谐振电感(Lr)、滤波电容(Cf)、开关整流二极管(VD2)以及为负载(Rr)，其中，电源正输出端通过储能升压电感(Lf)、开关管(VT)连接电源负端，开关管(VT)的寄生二极管(VD1)与开关管(VT)并联，电源的正输出端还通过谐振电感(Lr)、开关整流二极管(VD2)连接电源负端，谐振电容(Cr)、滤波电容(Cf)分别与开关管(VT)并联，负载(Rr)并联在滤波电容(Cf)的两端。

工作原理：

如图2所示:它是一款Boost升压变换器ZVS准谐振电路。是在传统Boost电路上增加了谐振电感Lr和谐振电容Cr二个电子元件。VT是开关管，VD1是VT寄生二极管，Lf是储能升压电感，VD2是开关整流二极管，Cf是滤波电容，Rr为负载。

通过Lr,Cr谐振，为VT开关管零电压开通创造条件。

为方便分析，假设：

1，所有二极管，开关管，电容，电感均为理想电子元件。

2，且Lf>>Lr，Lf足够大，在一个开关周期中，Ii电流基本保持不变，Lf和输入电压Vi可看成是一个恒流源Ii。

3，Cf容量为足够大。在一个开关周期中，Vo电压基本保持不变，Cf和负载电阻Rr看成是恒压源Vo。

Boost升压变换器ZVS准谐振电路(一个开关周期Ts)有四种开关状态。图2所示，

为四种开关状态等效电路。图3是工作波形。图4是传统Boost升压变换器。

状态1，谐振电容Cr充电阶段(t0-t1)。

在to之前，开关管VT导通，输入电流Ii经VT续流(即导通)，使谐振电容Cr二端电压为0V，VD1处于关断状态，此时谐振电容的电压Vcr<Vo，开关管寄生二极管VD1处于反偏，谐振电感Lr电流为0A，在to时刻开关管VT关断，输入电流Ii对谐振电容Cr充电，电容电压从0V开始线性上升。此时开关管VT的C点为0V，即VT是零电压关断。

状态2，谐振阶段(t1-t3)。

当谐振电容Cr的电压充电到Vo时，Cr和Lr开始谐振，电感Lr上的电流ILr从0开始上升。从t1开始上升到t2时，Ilr＝I0，此时Vcr电压到最大值Vcr(max)，从t2开始Ilr>I0

此时，Cr开始放电Vcr电压开始下降。到t3时Vcr电压下降到0V，二极管VD1开始导通，使VT的电压钳位到0V，此时VT导通，即VT零电压导通。

状态3，谐振电感Lr放电阶段(t3-t4)。

此时VT导通，输入电流Ii通过VT到输入电压负，使C点电压为0V，电感Lf开始储能。谐振电感Lr二端的电压＝Vo，谐振电感Lr开始放电，电流Ilr线性下降。到t4降到零。

由于VD1的钳位，Cr二端电压为零。

状态4，储能电感Lf续流阶段(t4-t5)。

谐振电流＝0，谐振电路停止工作，输入电流Ii通过Lf和VT(开通状态)到输入电压负，电感Lf开始储能，输出电容Cf给负载放电。到t5开关管VT关断。开始下一个工作周期。

要实现开关管VT的ZVS准谐振工作条件是：

由图3得知。

1，为了保证Cr上的电压谐振为零，谐振正弦波的峰值电压必须大于2V。

即：Vcr(max)|>2V，简化，Ii Zr>2V。

2，VT关断时，Cr上的电压必须谐振为零，VT关断时间应大于或等于谐振周期的1/2。

即：

先确定VT的关断时间，根据上述条件，可得出谐振电感Lr和谐振电容Cr。

主要器件的设计计算：

1，谐振电感和电容的谐振阻抗为：

2，滤波电容Cf：

3，储能升压电感Lf：

4，谐振电容Cr电压电容充电时间(0V到Vo)，即：t＝t₁-t₀。

对本实用新型应当理解的是，以上所述的实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细的说明，以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限定本实用新型，凡是在本实用新型的精神原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。