軟開關(guān)的實質(zhì)是什么?所謂軟開關(guān),就是利用電感電流不能突變這個特性,用電感來限制開關(guān)管開通過程的電流上升速率,實現(xiàn)零電流開通。利用電容電壓不能突變的特性,用電容來限制開關(guān)管關(guān)斷過程的電壓上升速率,實現(xiàn)零電壓關(guān)斷。并且利用LC諧振回路的電流與電壓存在相位差的特性,用電感電流給MOS結(jié)電容放電,從而實現(xiàn)零電壓開通?;蚴窃诠茏雨P(guān)斷之前,電流就已經(jīng)過零,從而實現(xiàn)零電流關(guān)斷。
軟開關(guān)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常多,每種基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上都可以演變出多種的軟開關(guān)拓?fù)?。我們在這里,僅對比較常用的,適用于APFC電路的BOOST結(jié)構(gòu)的軟開關(guān)作一個簡單介紹并作仿真。
我們先看看基本的BOOST電路存在的問題,下圖是最典型的BOOST電路:
假設(shè)電感電流處于連續(xù)模式,驅(qū)動信號占空比為D。那么根據(jù)穩(wěn)態(tài)時,磁芯的正向勵磁伏秒積和反向勵磁伏秒積相同這個關(guān)系,可以得到下式:
VIN×D=(VOUT-VIN)(1-D),那么可以知道:VOUT=VIN/(1-D)。
那么對于BOOST電路來說,最大的特點(diǎn)就是輸出電壓比輸入電壓高,這也就是這個拓?fù)浣凶鯞OOST電路的原因。另外,BOOST電路也有另外一個名稱:up converter,此乃題外話,暫且按下不表。
對于傳統(tǒng)的BOOST電路,這個電路存在的問題在哪里呢?我們知道,電力電子的功率器件,并不是理想的器件。在基本的BOOST電路中:
1、當(dāng)MOS管開通時,由于MOS管存在結(jié)電容,那么開通的時候,結(jié)電容COSS儲存的能量幾乎完全以熱的方式消耗在MOS的導(dǎo)通過程。其損耗功率為COSSV2fS/2,fS是開關(guān)頻率。V為結(jié)電容上的電壓,在此處V=VOUT。(注意:結(jié)電容與靜電容有些不一樣,是和MOS上承受的電壓相關(guān)的。)
2、當(dāng)MOS管開通時,升壓二極管在由正向?qū)ㄏ蚍雌刂沟倪^程中,存在一個反向恢復(fù)過程,在這個過程中,會有很大的電流尖峰流過二極管與MOS管,從而導(dǎo)致功率損耗。
3、當(dāng)MOS關(guān)斷時,雖然有結(jié)電容作為緩沖,但因為結(jié)電容太小,關(guān)斷的過程電壓與電流有較多的重疊,也產(chǎn)生一定的關(guān)斷損耗。