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1 引 言 與功率場效應管(MOSFET)相比，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)具有更高的耐壓值、更大的能量密度和較低的開通損耗，因此己廣泛用于高壓、大功率場合。然而，IGBT的開關速度較慢，而且關斷時還存在電流拖尾現象，因而會導致較大的關斷損耗。解決這兩個問題的有效措施是實現IGBT的零電流開關(ZCS)。為此，近幾年已陸續(xù)提出了多種ZCS脈寬調制(Pulse Width Modulated，簡稱PWM)技術方案。例如，文獻雖能實現所有有源開關器件的ZCS，但主開關管的電流應力很大，它將顯著增加導通損耗。這一問題在文獻中得到解決，但輔助開關管的電流應力也很大。而且由于兩個諧振電感分別與主開關管、輔助開關管串聯(lián)，所以損耗較大，且結構復雜。為了有效解決這一問題，文獻提出并研究了基于一種新型ZCS PWM開關單元的Boost變換器。在此基礎上研究了基于該新型ZCS PWM開關單元的Buck變換器。它在傳統(tǒng)Buck電路的基礎上增加了一條諧振支路和一條由輔助開關管與二極管串聯(lián)而成的輔助支路。在整個負載范圍內。該新型ZCS PWM Buck變換器的主開關管和輔助開關管均工作在ZCS狀態(tài)，所有無源開關器件均工作在ZVS狀態(tài)，因此開關損耗為零。此外，該變換器的諧振電感不再與主開關管和輔助開關管串聯(lián)，使得損耗明顯減小，因此適用于所有使用IGBT的大功率場合。在此。分析了該變換器的工作原理，并通過一臺300W，30kHz樣機驗證了該電路的可行性。 2 工作原理 2．1 主電路拓撲 圖1示出新型ZCS PWM Buck變換器。它由主開關管VS1、輔助開關管VS2、3個二極管VD1～VD3、兩個諧振電感Lr1,Lr2及一個諧振電容Cr組成。VS1起到將能量傳輸到負載的作用；通過VS2傳輸的能量占總負載能量的比例很小，流過它的電流平均值也很小。
3 仿真及實驗結果 通過Saber仿真軟件對新型ZCS PWM Buck變換器進行了仿真分析。參數設置：輸入電壓Uin=100V。額定輸出電壓Uo=60V，額定輸出功率Po=300W，開關頻率fs=30kHz，Lr1=Lr2=6μH，Cr=100nF，Lo=1mH，濾波電容Co=470μH,為了驗證仿真結果，設計了一臺實驗樣機，該樣機的VS1和VS2選用G25N120；VD1—VD3選用HFA25TB60。 圖4示出滿載時和10％負載時VS1和VS2上的電流iVS1和ivsz及電壓uvs1和uVS2實驗波形。由圖可見，VS1和VS2都實現了軟開關。由于該樣機是以額定電流的10％作為臨界連續(xù)電流而設計的。當負載小于額定負載的10％時，系統(tǒng)就進入了電流斷續(xù)狀態(tài)，功率器件也實現了ZCS。因此，該變換器能在整個負載范圍內實現ZCS。 4 結論 研究了一種新型ZCS PWM Buck變換器，分析了該變換器的工作原理。它具有下述優(yōu)點：①結構簡單，所用器件數量少；②所有的有源開關器件都是ZCS，所有的無源開關器件都是ZVS。所以沒有開關損耗：③變換器能在整個負載范圍內實現軟開關。 該新型ZCS PWM Buck變換器適用于功率器件采用IGBT的高壓、大功率應用場合。樣機實驗結果驗證了理論分析的正確性。 |
