四种软开关BOOST电路的分析与仿真(高清图).pdf.pdf
四种软开关BOOST电路的分析与仿真(高清图).pdfpdf,四种软开关BOOST电路的分析与仿真(高清图).pdfGraphO网口区Gr apho(A):t(s)(p)10.020.030.040.0(A):t(s)400id( ix h 32n 50_sl q1)020.010.0tt500040003000200010000.0):t(9)20.015.01005.00.080u85u从图上可以看到:1,MOS管在开通时,可以看到 miller效应在驱动信号上造成的平台。2,当MS管开通时,在MOS的漏极和二极管上产生很大的尖峰电流。从仿真结果来看,的确存在我们前面分析的容性开通、反向恢复等问题。那么软开关就能解决这个问题吗?下面我们先推出今天的第一个软开关的例子此电路是我以前分析一华为通信电源模块时所见。Vout Voutmur1560c1n4148d1n4148D n32n50 slhgtg30n5Ub31000pv pulsey pulse[4r1initial:0initial: 0pulse: 15 UUpus:15n凵y dc在这个电路中,我们主要增加了一个50u电感、一个1000F电容、一个辅助开关管HGTG30N60B3、一个钳位二极管MR460等功率器件。进行瞬态分析,我们得到如下结果:网p区Graph1YEsA):t(s)):t()20010.0a00)-2000)t)t1 t2 t3 t4 t5t6在此图中,ga为辅助开关管驱动信号,g为主开关管驱动信号。ia为辅助开关管集电极电流信号,id为主开关管漏极电流信号。vdsa为辅助开关管VCE信号,vds为主开关关VDS信号。现在把工作原理分析如下:t1时刻,辅管开始导通,由于辅管是双极性器件,所以容性开通的情况并不严重。ia波形从零开始缓慢上升,说明辅管是零电流开通。随着ia电流增加,当ia-iout的时候,输入电感电流完全流入辅助开关管,谐振电感电流开始过零反向流动,主开关管ⅠXFH32N50的结电容开始通过谐振电感谐振放电。t2时刻,主开关管的vds电压已经谐振到零,随后,主管的体二极管开始导通,把谐振电容钳位在0V,这时候,如果开通主管,则为零电压开通。t3时刻,主开关管开通,从g的波形上可以看出来,主管开通驱动波形上不在有 miller效应造成的平台,这也说明主管是零电压开通。t4时刻,主管开通后,辅管就可以关断了。从波形上看,辅管的vce与集电极电流ia之间存在比较大的重叠区域。说明辅管的关断并不是软关断。辅管关断后,由于MR460的钳位作用,辅管电压不可能超过输出电压vout。那么因为主管此时已经开通,而辅管的VCE为400V,那么谐振电感在400V电压作用下,电流快速上升t5时刻,主管的id达到了输入电流IIN,电路进入通常的PWM状态。直到t6。t6时刻,主开关管关断,电感电流通过二极管向负载输出。主管因为并联了较大的snubber电容(1000),所以,关断时,vds以一个斜率上升,有较好的零电压关断特性。此电路的优点是主管实现了零电压的开通与关断。升压二极管实现了“软”的关断。辅管实现了零电流开通。缺点是:辅管的关断特性不好,有较大损耗。另外,钳位二极管,在主管关断后,也流过一定的电流,会让辅管开通的零电流效果变差,甚至产生电流尖峰,这一点也可以从仿真波形上看出来第二个例子,就是最常见的ZⅥT零转换电路,先看一下原理图:ixth32n50 shixth32n50 slhgt 30n60b3_ngtgsunbubmur460_2initiatotreat10pulse:15(UUpulse:15在这个原理图中,相对于基本的Bs电路,谐振回路是并联在主回路上的。主开关管Q1,依然釆用MOs,IXFH32N50,辅助开关管Q2采用IGBT,HGTG30N60b3,谐振电感L1,20uH,谐振电容C2,2nF,两个箝位二极管采用MUR460,主二极管采用MUR1560设定好参数后,我们进行瞬态分析,得到波形如下图GraphO网K0.02060400.0vcsa200.0(:t()2.00010.0:t)600.0400020000:t()to t1t2 t3 t4t5 t6925ut(s)在此图中,g为主管驱动,vds为主管WS波形,i(d为主管漏极电流,ga为辅管驱动,i(a)为辅管集电极电流,vdsa为辅管ⅦS波形,i(1.i1)是谐振电感电流,iφp)主二极管电流工作原理分析如下:t0时刻之前,主二极管导通,向负载供电。t0时刻,辅管开通,由于电感L1的存在,辅管电流线性上升,主二极管电流线性下降。所以辅管是零电流开通,注意看辅管驱动波形上开通过程的mi1ler效应是存在的。而主二极管的关断过程是相当的“软”,反向恢复电流很小。在主二极管电流完全转移到电感L1中以后,主管的ⅦDS电压开始谐振下降。t1时刻,主管ⅦS电压降到零,然后主管的体二极管导通,将ⅦS箝位在零。此时开通主管的话,就属于零电压开通。t2时刻,主管开通,从波形上可以看出,主管完全是零电压零电流的状态开通的。从栅极信号可以看出,没有开通过程的 miller效应。主管开通后,辅管就可以关断了t3时刻,辅管关断。从波形上可以看到,关断过程中,辅管的VDS电压在C2的缓冲下缓慢上升,电压和电流重叠部分较小。因为仿真模型我没有找到更快速的IGBT,现实中我们可以选择更高速的IGBT,那么,可以实现辅管的零电压关断。谐振电感L1中的能量向C2中转移。当C2电压达到输出电压时,箝位二极管会导通,保证辅管的VDS电压不会超过输出电压。t4时刻,当谐振电感Ll能量完全转移到C2中以后,箝位二极管MU]4602关断反偏。t5时刻,主管关断。输入电流通过C2、MUR4602、MUR4601输出向负载。在C2的缓冲下,主管的VDS电压则线性上升,呈现良好的零电压关断状态。t6时刻,C2能量完全释放完毕,C2两端电压差为零。主二极管ⅦR1560导通,输入电流通过主二极管向负载输送能量。这样电路的一次工作过程就完成了。这个例子,其实是第一个例子的改进版本。在原有的基础上,克服了原先的缺点,使辅管的关断特性也变好了,进一步降低了损耗。第三个例子,此电路常见于 DELTA的通信电源模块。从几百瓦到几千瓦的,好多型号都用了这个电路。是 DELTA有专利保护的一个电路。见图:mur1560VISad1n4148d1n4148hato30n60b3xfh32n50 sl dr410initiatopuse15山pue15凵在这个电路中,几乎不好说哪个管子是主管,哪个是辅管了。如果真的要定一个的话,我们就认为Q1,这个IGBT为主管吧。此电路的驱动信号和前面的两个例子不同,是两路同样宽度,但相位不同的驱动信号。主管在前开通,辅管在后开通。仿真结果如下:VC240.0(A): t(s)102):t(g)I DI(A): t(I LI(A):1()6000vds4000Q2 VDS200400.0vasaQ1 YDS1躯动[0 tI I2990u这个电路分析起来比较复杂t0时刻之前,输入电流通过D1向负载供电t0时刻,Q1开始导通,从图上可以看岀,Q1的集电极电流是按照一定的斜率从零开始上升的。故而认为Q1是零电流开通。Q1开通后,L1、C1,C2构成一个谐振回路,因为CI
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