软开关同步升降压变换器的研究

2 软开关的参数设计
以上用同步整流加电感电流反向的办法来实现升降压变换器的软开关，其中两个开关实现软开关的难易程度并不相同。电感L上电流的峰峰值可以表示为

式中：D为占空比；
T为开关周期。
电感L上电流的平均值可以表示为

式中：Io为输出电流。
所以电感上电流的最大值和最小值可以表示为

将式(1)和式(2)代入式(3)和式(4)可得

从上面的原理分析中可以看到S1的软开关条件是由1min对S2的结电容充电，对S1的结电容放电来创造的；而 S2的软开关条件是由Imas对S1的结电容充电，对S2的结电容放电来创造的。通常满载情况下│Imax》│Imin│。所以S1和S2的软开关实现难易程度也不同，S1要比S2难得多。这里将S1称为弱管，S2称为强管。

强管S2的软开关极限条件为L和S1的结电容C1和S2的结电容G2谐振，能让C2上电压谐振到零的条件，可表示为

但在实际中式(8)非常容易满足，而死区时间也不可能非常大，因此，可以近似认为在死区时间内电感L上的电流保持不变，即为一个恒流源对对S2的结电容充电，对S1的结电容放电。在这种情况下的ZVS条件称为宽裕条件，表达式为

式中：tdead2为S2开通前的死区时间。

同理，弱管S1的软开关宽裕条件为

在实际电路的设计中，强管的软开关非常容易实现，所以关键是设计弱管的软开关条件。首先确定可以承受的最大死区时间，然后根据式(9)推算出电感量L。在能实现软开关的前提下，L不宜太小，以免造成开关管上过大的电流值，从而使得开关的导通损耗过火。

3 实验结果

一个开关频率为200KHz，功率为60W的电感电流反向的同步升降压变换器的样机，进一步验证了上述软开关实现方法的正确性。

该变换器的主要参数和元器件规格如下：
输入电压Vin 28V；
输出电压V。 -20V；
输出电流，I。 O～-3A；
工作频率f 200 kHz；
主开关S1，S2 IRFZ44；
电感L 8μH。

图6(a)、(b)、(c)是满载(-3A)时的实验波形从图6(a)可以看到电感L上的电流在DT或者(1一D)T时段里都会反向，也就是创造了S1软开关的条件。从图6(b)、(c)可以看到两个开关S1和S2都实现了ZVS。但是从S1及S1漏源电压的下降斜率来看S1比S2的ZVS条什要差，这就是强管和弱管的差异。

图7给出了该变换器在不同负载电流下的转换效率。最高效率达到了94. 8％，满载效率为94．2％。

4 结语
本文研究了一种软开关司步升降压变换器。Potentia Semi数字电源管理控制器适用于复杂电源系统该方案下，两个开关根据软开关条件的不同，分为强管和弱管。设计中要根据弱管的临界软开关条件来决定电感L的大小．因为实现了软开关，开关频率可以设计得比较高。另外电感量需要设计得很小，所需的电感体积也可以比较小(通常可以用I型的磁芯)。因此，这种方案适合用于高功率密度、较低输出电压的场合。