[发明专利]一种无源无损软开关的Boost变换器和控制方法

说明书

本发明实施例涉及开关电源技术领域，特别涉及一种无源无损软开关的Boost变换器和控制方法，通过在开关管两端并联容量较大的辅助箝位电容与辅助二极管的串联支路，使得开关管关断过程中电压变化几乎为零，从而实现近似零电压关断。在开关管漏极串联辅助电感，使开关管在极短的开通瞬间电流几乎为零，实现了开关管近似零电流开通。另一辅助电感与辅助二极管的串联支路释放存储在箝位电容里的能量到输入电源，实现电容的电荷守恒。因此，无源软开关电路所需能量都被无损地吸收和释放，实现了变换器的高效率运行。

技术领域

本发明实施例涉及开关电源技术领域，特别涉及一种无源无损软开关的Boost变换器和控制方法。

背景技术

随着对DC-DC变换器尺寸和效率的研究，轻小化是目前研究的一个方向。开关频率与变换器的体积和重量相关，提高开关频率可以减小电容、电感等元件的体积，但是会导致较大的开关损耗、较高的开关应力和电磁损耗。为了解决这个矛盾，软开关技术应运而生。

软开关技术可以分为有源软开关和无源软开关两种。采用具有有源开关的辅助电路，具有软开关范围宽的优点。然而，有源电路使用的辅助开关需要额外的散热器。通常有源辅助开关源极不接地，必须采用浮动栅极驱动器。这将导致变换器电路更复杂，系统成本增加，功率密度可能降低。此外，有源电路的辅助开关通常工作在硬开关模式，开关损耗大，且存在寄生谐振与电压应力高的问题。

无源软开关电路不增加任何有源器件，因此变换器电路复杂度和控制难度都不会增加。但是现有无源软开关Boost电路或增加了多个辅助二极管，且二极管在较长时间内同时导通，引起更严重的导通损耗；或采用耦合电感以使辅助电感或者辅助漏感电流复位，引起磁芯损耗和线圈损耗增加，且连续的辅助电感电流导致开关管电流应力变大。除上述方法外，若以谐振方式实现软开关，则存在电压峰值高、谐振时间长的问题，谐振电流受负载电流以及占空比的影响，软开关范围受到很大的限制的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种无源无损软开关的Boost变换器和控制方法，通过设计合适的辅助电路参数控制策略，在很宽电压范围和满负载范围实现软开关，使用元器件数量少，电压应力增加小，易于设计并获得较高的效率，解决了现有技术中软开关范围受到很大的限制的问题。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明的实施例提供了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。

作为优选的，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。