雙向Buck-Boost變換器軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)-KIA MOS管

在對(duì)雙向Buck-Boost電路進(jìn)行理論分析時(shí)，我們都會(huì)假設(shè)L和C這兩類無(wú)源器件的值很大。電感L很大就意味著低壓側(cè)的電感電流紋波很小，電容C很大就意味著低壓側(cè)和高壓側(cè)的電壓紋波很小。

圖4 Boost升壓模式下，大電感量條件下的關(guān)鍵波形

我們以圖2中雙向Buck-Boost電路的升壓模式為例，繪制圖4的關(guān)鍵波形圖。可以看到：

[t0-t1]：S1要關(guān)斷，S2暫未開通，處于死區(qū)階段。在S1關(guān)斷前，流過(guò)S1的電流就是電感電流，在關(guān)斷期間S1的電流下降，S1的電壓應(yīng)力上升，兩者產(chǎn)生交疊，使S1產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗。S1關(guān)斷后其電壓應(yīng)力為Uhigh。注意在死區(qū)內(nèi)，電感電流通過(guò)S2的體二極管續(xù)流，S2的體二極管是導(dǎo)通的。

[t1-t2]：S1已經(jīng)關(guān)斷，S2開通。由于先前S2的體二極管是導(dǎo)通的，因此S2兩端的端電壓為0。這時(shí)開通S2相當(dāng)于把電流從S2的體二極管轉(zhuǎn)移到S2上，開通過(guò)程中電流增大但端電壓為0，S2為零電壓開通。

[t2-t3]：S2要關(guān)斷，S1暫未開通。這時(shí)關(guān)斷S2相當(dāng)于把電流從S2轉(zhuǎn)移到S2的體二極管上。關(guān)斷過(guò)程中電流減小但端電壓為0，S2為零電壓關(guān)斷。注意在死區(qū)內(nèi)，電感電流通過(guò)S2的體二極管續(xù)流，S2的體二極管是導(dǎo)通的。

[t3-t4]：S2已經(jīng)關(guān)斷，S2的二極管續(xù)流，S1開通。在S1開通前，其電壓應(yīng)力為Uhigh，S1開通時(shí)電壓應(yīng)力逐漸下降，流過(guò)S1的電流逐漸上升為電感電流，兩者產(chǎn)生交疊，使S1產(chǎn)生較大的開通損耗。

從以上分析可以看到，S2工作在軟開關(guān)狀態(tài)，但開關(guān)管S1始終工作在硬開關(guān)狀態(tài)。究其原因，S1在開通或關(guān)斷過(guò)程中，其體二極管不存在續(xù)流過(guò)程，其電壓應(yīng)力必然存在過(guò)渡過(guò)程，流過(guò)S1的電流是電感電流且又始終為正，這就使得S1工作在硬開關(guān)狀態(tài)。

那怎樣使S1也工作在軟開關(guān)狀態(tài)呢？答案是減小電感量，使電感電流過(guò)零。

讓我們來(lái)看電感電流過(guò)零之后，關(guān)鍵波形會(huì)發(fā)生什么變化，如圖5所示。

圖5 Boost升壓模式下，小電感量條件下的關(guān)鍵波形

[t0-t1]：S1要關(guān)斷，S2暫未開通，處于死區(qū)階段。在S1關(guān)斷前，流過(guò)S1的電流就是電感電流，在關(guān)斷期間S1的電流下降，S1的電壓應(yīng)力上升，兩者產(chǎn)生交疊，使S1產(chǎn)生關(guān)斷損耗。S1關(guān)斷后其電壓應(yīng)力為Uhigh。在死區(qū)內(nèi)，電感電流通過(guò)S2的體二極管續(xù)流。

[t1-t2]：S1已經(jīng)關(guān)斷，S2開通。由于先前S2的體二極管是導(dǎo)通的，因此S2兩端的端電壓為0。這時(shí)開通S2相當(dāng)于把電流從S2的體二極管轉(zhuǎn)移到S2上，開通過(guò)程中電流增大但端電壓為0，S2為零電壓開通。

[t2-t3]：S2要關(guān)斷，S1暫未開通。這時(shí)關(guān)斷S2相當(dāng)于把電流從S2轉(zhuǎn)移到S2的體二極管上。關(guān)斷過(guò)程中電流減小但端電壓為0，S2為零電壓關(guān)斷。在死區(qū)內(nèi)，電感電流通過(guò)S2的體二極管續(xù)流。

[t3-t4]：S2已經(jīng)關(guān)斷，S2的二極管續(xù)流，S1開通。在S1開通前，其電壓應(yīng)力為Uhigh，S1開通時(shí)電壓應(yīng)力逐漸下降，但流過(guò)S1的電流此時(shí)為負(fù)電流，兩者并未產(chǎn)生交疊，使S1零電壓開通。

通過(guò)上述分析可知，相較于大電感時(shí)S1的開通和關(guān)斷皆為硬開關(guān)，減小電感量使電感電流過(guò)零后，S1實(shí)現(xiàn)了開通時(shí)的軟開關(guān)。

雙向Buck-Boost變換器工作在Buck模式時(shí)，S1和S2工作在軟開關(guān)條件的推理方法與Boost模式基本是一樣的，唯一的區(qū)別就是Buck模式下S1和S2的強(qiáng)管和弱管地位互換。

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