[发明专利]一种无源无损软开关的Boost变换器和控制方法

权利要求书

1.一种无源无损软开关的Boost变换器，其特征在于，包括电源V_i、功率MOSFET主开关Q、第一辅助电感L_a、第二辅助电感L_r、辅助箝位电容C_r、第一辅助续流二极管D_r1和第二辅助续流二极管D_r2；

所述功率MOSFET主开关Q的源极连接所述电源V_i的负极，所述功率MOSFET主开关Q的漏极连接所述第一辅助电感L_a的第二端，所述第一辅助电感L_a的第一端连接所述电源V_i的正极；所述第二辅助电感L_r的第一端连接所述第二辅助续流二极管D_r2的阳极，所述第二辅助电感L_r的第一端连接所述功率MOSFET主开关Q的源极；所述第二辅助续流二极管D_r2的阴极连接所述第一辅助续流二极管D_r1的阳极，所述第一辅助续流二极管D_r1的阴极连接所述电源V_i的正极。

2.根据权利要求1所述的无源无损软开关的Boost变换器，其特征在于，还包括主滤波电感L和功率二极管D，所述主滤波电感L的第一端连接所述电源V_i的正极，所述主滤波电感L的第二端连接所述第一辅助电感L_a的第一端；所述功率二极管D的第一端连接所述第一辅助电感L_a的第一端，功率二极管D的第二端连接所述功率MOSFET主开关Q的漏极。

3.根据权利要求2所述的无源无损软开关的Boost变换器，其特征在于，还包括输出储能电容C_o和负载R_L；所述输出储能电容C_o的第一端连接所述功率二极管D的第二端，所述输出储能电容C_o的第二段连接所述功率MOSFET主开关Q的漏极；所述负载R_L与所述输出储能电容C_o并联。

4.根据权利要求3所述的无源无损软开关的Boost变换器，其特征在于，所述第二辅助电感L_r与所述第二辅助续流二极管D_r2串联组成第一支路，所述第一支路与所述第一辅助续流二极管D_r1串联组成第二支路，所述第二支路与所述电源V_i并联组成第三支路，所述第三支路与所述主滤波电感L串联组成第四支路，所述第二支路与所述辅助箝位电容C_r串联组成第五支路，所述第五支路与所述功率MOSFET主开关Q并联组成第六支路，所述第六支路与所述第一辅助电感L_a串联组成第七支路，所述第七支路与所述第四支路并联组成第八支路，所述第八支路与所述功率二极管D串联组成第九支路，所述第九支路与所述输出储能电容C_o并联。

5.根据权利要求4所述的无源无损软开关的Boost变换器，其特征在于，所述主滤波电感L的容量为100μH，所述输出储能电容C_o容量为80μF，所述第一辅助电感L_a容量为1μH，所述第二辅助电感L_r容量为3μH，所述辅助箝位电容C_r的容量为10nF。

6.一种根据权利要求5所述无源无损软开关的Boost变换器的控制方法，其特征在于，包括：

t₀～t₁阶段：t₀时刻，功率MOSFET主开关Q关断，辅助箝位电容C_r两端电压为-V_i，电感电流流过辅助箝位电容C_r，对辅助箝位电容C_r以近似恒定电流放电，辅助箝位电容C_r电压绝对值线性下降；

t₁～t₂阶段：t₁时刻，主滤波电感L电压上升到等于-(V_o-V_i)，功率二极管D开通，主滤波电感L两端电压被箝位至-(V_o-V_i)，主滤波电感L通过功率二极管放电至输出，电流线性下降；

t₂～t₃阶段：t₂时刻，第一辅助电感L_a电流i_La下降到0；若第一辅助电感L_a储能达到预设值，第一辅助电感L_a电流i_La下降为0时，辅助箝位电容C_r电压将上升至大于V_o；当辅助箝位电容C_r电压大于V_o时，第二辅助续流二极管D_r2正向偏置，辅助箝位电容C_r通过第一辅助电感L_a和第二辅助电感L_r谐振放电，直到辅助箝位电容C_r电压等于V_o时，放电电流达到最大，此后放电电流逐步减小，主滤波电感L继续放电至输出端；

t₃～t₄阶段：t₃时刻，第二辅助电感L_r电流下降至零，辅助箝位电容C_r电压小于V_i+V_o；第二辅助续流二极管D_r2截止，电路进入续流阶段；

t₄～t₅阶段：t₄时刻，功率MOSFET主开关Q受控开通；第一辅助电感L_a电流为0，因此，功率MOSFET主开关Q开通瞬间电流近似为零，Q开通后，L_a电流上升；

t₅～t₆阶段：t₅时刻，第一辅助电感L_a电流i_La等于主滤波电感L电流i_L，功率二极管D自然关断，反向恢复电流大大减小；主滤波电感L与第一辅助电感L_a电压之和等于V_i，主滤波电感L与第一辅助电感L_a电流线性上升；辅助箝位电容C_r继续通过与第二辅助电感L_r谐振放电，当辅助箝位电容C_r电压放电到0，第二辅助电感L_r电流达到最大，辅助箝位电容C_r被反向充电，电压增加；

t₆～t₇阶段：t₆时刻，辅助箝位电容C_r电压上升至V_i时，第一辅助续流二极管D_r1正向偏置导通，辅助箝位电容C_r、第二辅助电感L_r电压被V_i箝位，辅助箝位电容C_r电压不变，第二辅助电感L_r电流线性减小；

t₇～t₀阶段：t₇时刻，第二辅助电感L_r电流下降到0，仅主滤波电感L在正向电压作用下电流线性上升，电路进入开通阶段。