跟我学 常用于APFC的软开关BOOST电路的分析与仿真

第二个例子，就是最常见的ZVT零转换电路，先看一下原理图：

在这个原理图中，相对于基本的BOOST电路，谐振回路是并联在主回路上的。主开关管Q1，依然采用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：

　　在此图中，g为主管驱动，vds为主管VDS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VDS波形，i(l.i1)是谐振电感电流，i(p)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miller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VDS电压开始谐振下降。

　　t1时刻，主管VDS电压降到零，然后主管的体二极管导通，将VDS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L1能量完全转移到C2中以后，箝位二极管MUR460_2关断反偏。

　　t5时刻，主管关断。输入电流通过C2、MUR460_2、MUR460_1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MUR1560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：

　　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：

　　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，从图上可以看出，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C1C2，所以谐振频率主要由L1与C1决定。C1谐振放电。L1电流则是谐振上升。

　　t1时刻，C1放电到零，这时候如果开启Q2，那么Q2就是零电压开通了。C1放电到零以后，因为MOS的体二极管的箝位，C1维持在零电平。而这时，因为Q1有导通压降，Q2的体二极管也有导通压降。所以L1的电流环路变成了L1，D2，C2，L1电流在C2电压作用下降。

　　t2时刻，Q2导通，从波形上可以看出，是零电压导通。L1电流继续在C2电压作用下降低。

　　t3时刻，Q1关断，因为有D2的存在，Q1上的电流被转移到了Q2中，所以，Q1是零电流关断。

　　t3～t4时刻，L1电流过零，并在C2电压作用下开始反向增加。

　　t4时刻，Q2关断，以为C1的作用，Q2是零电压关断。Q2关断后，L1，C1,C2再次谐振，C1电压上升。L1电流下降,L1低于输入电流时，D2导通，给C1充电。

　　t5时刻，C1上升到VOUT+|VC2|时，D1导通，开始向负载供电。同时，因为D2导通，L1电流在C2电压作用下开始上升。

　　t6时刻，L1电流上升到输入电流，D2截止，L1电流保持与输入电流相同，向负载供电。

　　此电路的优点是：

　　不论是主管还是辅管，都能实现很好的软开关特性。从实际经验来看，该电路的确可以做到很高的效率。不得不佩服DELTA的研发人员啊！

第四个例子，无源无损软开关。前面讲过的例子，都是采用了至少两个开关管的电路结构。其优点，就是软开关效果好。但是对于控制电路要求就复杂了一些，需要对驱动波形进行