基于能量模型的临界导通模式Boost变换器软开关方法.pdfVIP

2024年5月电工技术学报Vol.39No.10

第39卷第10期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYMay2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.230385

基于能量模型的临界导通模式Boost变换器

软开关方法

王议锋杨绍琪马小勇陶珑王忠杰

（天津大学电气与自动化工程学院天津300072）

摘要在变换器高频化发展的趋势中，功率器件的软开关实现对变换效率的影响更加突出。

无辅助电路的临界导通工作模式下，Boost变换器主开关管在特定增益下无法实现软开关。为此，

该文提出一种能量模型及相应的软开关实现方法。首先，建立死区前后储能元件能量变化的数学

模型。然后，结合死区起止时刻的能量平衡方程，研究软开关无法实现的电路机理。在此基础上，

考虑开关管输出电容非线性特征，提出软开关实现方法，避免了复杂谐振过程的时域精确建模，

提高软开关实现的准确性。最后，搭建500W实验样机进行实验，结果表明，相较于对谐振过程

建模的传统时域模型，所提方法将实际开通电压降低47%，使峰值变换效率提升0.4%，进而验证

了其有效性。

关键词：Boost变换器临界导通模式能量模型软开关开关管输出电容

中图分类号：TM46

条件[11]。在大功率场合中，该方法应用广泛。然而，

0引言

针对中小功率应用，辅助电路的引入增加了变换器

Boost变换器因其结构简单、易于控制、可靠成本，且令电路结构更加复杂，在造成额外损耗的

[12-13]

性高，在通信领域、可再生能源系统、汽车电子等同时，降低了变换器的可靠性。

多个场合得到了广泛应用[1-5]。近年来，得益于碳化工作于BCM与DCM下的Boost变换器在电感

硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体器件的电流为0时开通主开关管，可在无辅助电路的情况

发展和应用，Boost变换器的高频化发展加速[6-8]。下降低开关损耗[14-15]。而相较于DCM，BCM具有

然而，开关频率的提升将使开关损耗成比例增加，更小的电感纹波，因此在中小功率场合备受青睐。

加剧开关管发热，导致变换器效率及可靠性降低。然而，BCM仍不能保证主开关管的ZVS开通，在

因此，开关损耗是影响Boost变换器高频、高效运一定增益范围内，主开关管开通时漏-源电压仍为

行的重要因素，开展功率器件的软开关实现方法研正，因此其效率存在进一步提升的空间。

究具有重要的理论与应用意义[9-10]。针对BCMBoost变换器的软开关缺失和精确实

Boost电路可工作在三种不同的模式下，分别现问题，研究者们开展了大量工作。文献[16-17]通

为连续导通模式（ContinuousConductionMode,过分析主开关管导通前死区内的谐振过程，建立时

CCM）、临界导通模式（BoundaryConductionMode,域模型，得到了ZVS缺失的原因：在一定增益范围

BCM）及断续导通模式（DiscontinuousConduction内，主开关管漏-源电压vds谐振谷值仍为正，因而

Mode,DCM）。对于CCM下的Boost变换器，由于不具备ZVS开通条件。

其电感电流连续而无法反向流动，须增加辅助电路