本實(shí)用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM斬波電路的改進(jìn)調(diào)制電路。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電力電子開(kāi)關(guān)，如：MOSFET功率管，當(dāng)其工作頻率達(dá)到幾十到一百千赫茲時(shí)，開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通或關(guān)斷的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生較大的開(kāi)關(guān)損耗，增大了電路損耗，影響能量轉(zhuǎn)換，干擾其他電子設(shè)備的正常使用，并加快電子器件老化速度縮短其使用壽命。這種類型的開(kāi)關(guān)就是硬開(kāi)關(guān)，而軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的引入可以減小開(kāi)關(guān)管開(kāi)通或關(guān)斷過(guò)程產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗，提高電路工作效率，該技術(shù)具有方便、快捷、輕巧的優(yōu)點(diǎn)。尤其在高頻化、高電壓、大功率的電力電子場(chǎng)合應(yīng)用較多。

零轉(zhuǎn)換PWM電路近年來(lái)被許多研究者應(yīng)用，零電流轉(zhuǎn)換PWM可以使電路中的開(kāi)關(guān)管獲得較小的電流應(yīng)力，且開(kāi)關(guān)的定頻方式不易改變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM的Boost電路基礎(chǔ)上對(duì)電路開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作了一定改進(jìn)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案：一種零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM斬波電路的改進(jìn)調(diào)制電路，包括直流側(cè)電源E₁、主開(kāi)關(guān)管S₁、輔助開(kāi)關(guān)S₂、諧振電感L₁、諧振電感L₂、諧振電感L₃、諧振電容C₁、二極管D₁、二極管D₃、二極管D₄、輸出側(cè)電阻R₁和輸出電容C₀，所述直流側(cè)電源E₁、諧振電感L₁、諧振電感L₂、二極管D₄、輸出電容C₀和輸出電阻R₁構(gòu)成了Boost主電路；所述直流側(cè)電源E₁的正極連接于諧振電感L₂的一端，諧振電感L₂的另一端連接諧振電感L₁的一端和二極管D₃的負(fù)極；所述主開(kāi)關(guān)管S₁反并聯(lián)二極管D₅，輔助開(kāi)關(guān)S₂反并聯(lián)二極管D₂；所述二極管D₃的正極連接二極管D₂的正極；所述電感L₁的另一端連接于二極管D₄的正極和二極管D₅的負(fù)極；所述二極管D₅的負(fù)極還連接于二極管D₁的正極，二極管D₁的負(fù)極連接于二極管D₂的負(fù)極和諧振電容C₁的一端，諧振電容C₁的另一端連接于二極管D₅的正極和諧振電感L₃的一端；諧振電感L₃的另一端連接于直流側(cè)電源E₁的負(fù)極；所述二極管D₄的負(fù)極串聯(lián)輸出電容C₀并連接于直流側(cè)電源E₁的負(fù)極；在輸出電容C₀上并聯(lián)輸出側(cè)電阻R₁。

優(yōu)選的，所述直流側(cè)電源E₁、諧振電感L₁、諧振電感L₂、主開(kāi)關(guān)管S₁和諧振電感L₃串聯(lián)，二極管D₄的負(fù)極與輸出電容C₀形成一條支路，輸出電容C₀構(gòu)成的支路并聯(lián)，主開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極與諧振電感L₃串聯(lián)形成一條支路。

優(yōu)選的，所述二極管D₁和二極管D₃為諧振電路，二極管D₄為Boost電路。

優(yōu)選的，所述主開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極連接于二極管D₅的正極，主開(kāi)關(guān)管S₁的集電極連接于二極管D₅的負(fù)極。

優(yōu)選的，所述主開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極連接于二極管D₂的正極，主開(kāi)關(guān)管S₂的集電極連接于二極管D₂的負(fù)極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM斬波電路的改進(jìn)調(diào)制電路，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管調(diào)制策略進(jìn)行改進(jìn)，使主開(kāi)關(guān)管S1實(shí)現(xiàn)零電流零電壓開(kāi)通，輔助開(kāi)關(guān)管S2實(shí)現(xiàn)零電流零電壓關(guān)斷，降低了電路損耗，提高了電路工作效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的調(diào)制電路圖；

圖2為本實(shí)用新型的傳統(tǒng)調(diào)制信號(hào)；

圖3為本實(shí)用新型的改進(jìn)調(diào)制信號(hào)；

圖4為本實(shí)用新型的零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM Boost電路的等效電路模態(tài)圖，其中：

(a) [t₀,t₁）階段等效電路圖；

(b) [t₁,t₂）階段等效電路圖；

(c) [t₂]時(shí)刻等效電路圖；

(d)(t₂,t₃)階段等效電路圖；

(e) [t₃,t₄)階段等效電路圖；

(f) [t₄, t₅）階段等效電路圖；

(g) [t₅, t₆）階段等效電路圖；

圖5為本實(shí)用新型的t₂時(shí)刻主開(kāi)關(guān)管軟開(kāi)通等效電路圖；

圖6為本實(shí)用新型的t₃時(shí)刻輔助開(kāi)關(guān)管軟關(guān)斷等效電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行親楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-4，本實(shí)用新型提供一種技術(shù)方案：種零電壓零電流轉(zhuǎn)換PWM斬波電路的改進(jìn)調(diào)制電路，包括直流側(cè)電源E₁、主開(kāi)關(guān)管S₁、輔助開(kāi)關(guān)S₂、諧振電感L₁、諧振電感L₂、諧振電感L₃、諧振電容C₁、二極管D₁、二極管D₃、二極管D₄、輸出側(cè)電阻R₁和輸出電容C₀，所述直流側(cè)電源E₁、諧振電感L₁、諧振電感L₂、二極管D₄、輸出電容C₀和輸出電阻R₁構(gòu)成了Boost主電路，為分析方便，將電路輸入側(cè)的平波電抗L等效為兩個(gè)大小相等的諧振電感L₁和L₂；諧振電感L₁，諧振電感L₂，諧振電感L₃，諧振電容C₁，帶有反并聯(lián)二極管的輔助開(kāi)關(guān)S₂和兩個(gè)二極管D₁、二極管D₃構(gòu)成了輔助電路；所述直流側(cè)電源E₁的正極連接于諧振電感L₂的一端，諧振電感L₂的另一端連接諧振電感L1的一端和二極管D₃的負(fù)極；所述主開(kāi)關(guān)管S₁反并聯(lián)二極管D₅，輔助開(kāi)關(guān)S₂反并聯(lián)二極管D₂；所述二極管D₃的正極連接二極管D₂的正極；所述電感L1的另一端連接于二極管D₄的正極和二極管D₅的負(fù)極；所述二極管D₅的負(fù)極還連接于二極管D₁的正極，二極管D₁的負(fù)極連接于二極管D₂的負(fù)極和諧振電容C₁的一端，諧振電容C₁的另一端連接于二極管D₅的正極和諧振電感L₃的一端；諧振電感L₃的另一端連接于直流側(cè)電源E₁的負(fù)極；所述二極管D₄的負(fù)極串聯(lián)輸出電容C₀并連接于直流側(cè)電源E₁的負(fù)極；在輸出電容C₀上并聯(lián)輸出側(cè)電阻R₁；直流側(cè)電源E₁、諧振電感L₁、諧振電感L₂、主開(kāi)關(guān)管S₁和諧振電感L₃串聯(lián)，二極管D₄的負(fù)極與輸出電容C₀形成一條支路，輸出電容C₀構(gòu)成的支路并聯(lián)，主開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極與諧振電感L₃串聯(lián)形成一條支路。二極管D₁和二極管D₃為諧振電路，二極管D₄為Boost電路；主開(kāi)關(guān)管S₁的發(fā)射極連接于二極管D₅的正極，主開(kāi)關(guān)管S₁的集電極連接于二極管D₅的負(fù)極；主開(kāi)關(guān)管S₂的發(fā)射極連接于二極管D₂的正極，主開(kāi)關(guān)管S₂的集電極連接于二極管D₂的負(fù)極。

（1）電路中的電子器件均為理想化。（2）將電路輸入側(cè)的平波電抗L等效為兩個(gè)電感L₁和L₂， L₁=L₂= L /2，且令諧振電感 L₁和L₂遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于諧振電感L₃。（3）為了分析方便將諧振電感 L₃忽略不計(jì)。（4）在輔助開(kāi)關(guān)管t₀時(shí)刻開(kāi)通以前，諧振電容C₁上的諧振電容電壓u_C1達(dá)到諧振最大值U₀。

傳統(tǒng)調(diào)制信號(hào)：主開(kāi)關(guān)S₁在t₁時(shí)刻開(kāi)通只能實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通，而在t₂時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)管S₁上的電流和電壓均為0，主開(kāi)關(guān)管S₁可實(shí)現(xiàn)零電流零電壓開(kāi)通；在t₃時(shí)刻，輔助開(kāi)關(guān)管S₂的電流和電壓為零，應(yīng)該在該時(shí)刻實(shí)現(xiàn)輔助開(kāi)關(guān)管S₂的零電流零電壓關(guān)斷。圖2為傳統(tǒng)調(diào)制信號(hào)，圖中實(shí)線箭頭分別表示主開(kāi)關(guān)管需要改進(jìn)的開(kāi)通時(shí)刻和輔助開(kāi)關(guān)管需要改進(jìn)的關(guān)斷時(shí)刻，虛線箭頭表示二者需要改進(jìn)的方向。

改進(jìn)調(diào)制信號(hào)：主開(kāi)關(guān)管S₁在t₁時(shí)刻開(kāi)通，只能實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)通，圖3中將主開(kāi)關(guān)管S₁的開(kāi)通時(shí)刻沿著橫坐標(biāo)t向右移動(dòng)到t₂時(shí)刻開(kāi)通，主開(kāi)關(guān)管S₁在該時(shí)刻可實(shí)現(xiàn)零電流零電壓開(kāi)通；圖2中輔助開(kāi)關(guān)管S₂在t₄時(shí)刻關(guān)斷，在該時(shí)刻輔助開(kāi)關(guān)管S₂只能實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷，圖3中將輔助開(kāi)關(guān)管S₂的關(guān)斷時(shí)刻沿著坐標(biāo)軸向左移動(dòng)到t₃時(shí)刻關(guān)斷，輔助開(kāi)關(guān)管S₂在該時(shí)刻可實(shí)現(xiàn)零電流零電壓關(guān)斷。

依據(jù)以上改進(jìn)分析，共包括7個(gè)工作模態(tài)過(guò)程：

第一個(gè)模態(tài)：t₀時(shí)刻，輔助開(kāi)關(guān)管S₂利用電感電流在換路瞬間不能突變實(shí)現(xiàn)零電流電流開(kāi)通，t₀時(shí)刻后，流過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管S₂的電流i_S2非線性增加，諧振電感L₁上的電流i_L1線性增大，諧振電感L₂上的電流i_L2線性降低，諧振電容C₁上的電壓u_C1非線性降低；

第二個(gè)模態(tài)：t₁時(shí)刻，主開(kāi)關(guān)管S₁零電流開(kāi)通，t₁時(shí)刻后，流過(guò)主開(kāi)關(guān)管S₁上的電流i_S1線性上升，二極管D₄截止，諧振電容C₁繼續(xù)向諧振電感L₁、L₂放電，諧振電感L₁上的電流i_L1增大，諧振電感L₂上的電流i_L2減小，諧振電容C₁上的電壓非線性降低，直到t₂時(shí)刻諧振電容C₁上的電壓u_C1降為0，流過(guò)主開(kāi)關(guān)管S₁的電流i_S1達(dá)到最大值, 諧振電感L₂的電流i_L2達(dá)到諧振最小值；

第三個(gè)模態(tài)：t₂時(shí)刻，諧振電容C₁的諧振電容電壓u_C1為零，二極管D₁導(dǎo)通，諧振電感L₁上的電流為i_L1；

第四個(gè)模態(tài)：t₂時(shí)刻后，諧振電感L₁開(kāi)始給諧振電容C₁充電，二極管D₁與諧振電容C₁串聯(lián)而成的支路總電壓為零。由A節(jié)點(diǎn)KCL定理，流過(guò)主開(kāi)關(guān)管S₁上的電流i_S1迅速下降。主開(kāi)關(guān)管S₁上的電流i_S1逐漸增大，輔助開(kāi)關(guān)管S₂上的電流i_S2逐漸逐漸減小，而諧振電感L₁上的電流不變，諧振電感L₂上的電流繼續(xù)增大，直到t₃時(shí)刻流過(guò)兩個(gè)諧振電感的電流相等，電路進(jìn)入下一個(gè)工作模態(tài)；

第五個(gè)模態(tài)：t₃時(shí)刻，流過(guò)諧振電感L₂上的電流i_L2等于流過(guò)諧振電感L₁上的電流i_L1，二極管D₁和二極管D₂截止，則流過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管S₂的電流i_S2為零，t₃時(shí)刻后，流過(guò)諧振電感L₁和諧振電感L₂上的電流逐漸增大；

第六個(gè)模態(tài)：t₄時(shí)刻，流過(guò)主開(kāi)關(guān)管S₁上的電流i_S1達(dá)到最大值，流過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管S₂的電流為零，該時(shí)刻輔助開(kāi)關(guān)管S₂實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷，主開(kāi)關(guān)管S₁關(guān)斷，t₄時(shí)刻后，二極管D₁導(dǎo)通，諧振電感L₁、L₂和諧振電容C₁諧振，諧振電容C₁上的諧振電壓u_C1逐漸增大，諧振電感L₁、L₂上的電流以同樣的速率下降，直到t₅時(shí)刻諧振電容C₁上的諧振電壓u_C1達(dá)到最大值U₀，該過(guò)程結(jié)束；

第七個(gè)模態(tài)：t₅時(shí)刻，諧振電容C₁上的諧振電壓u_C1達(dá)到諧振峰值，諧振電容C₁、直流側(cè)電源給諧振電感L₁、L₂充電，直到t₆時(shí)刻該模態(tài)結(jié)束。電路在該過(guò)程等效為Boost變換器，電路處于釋放能量的過(guò)程，電路進(jìn)入下一工作周期。

模態(tài)3[t₂]：

如圖5所示，t₂時(shí)刻，由于諧振電容C₁上的電壓u_C1為零，二極管D₁導(dǎo)通，因此，二極管D₁與諧振電容C₁串聯(lián)而成的支路的總電壓為零，并且流過(guò)主開(kāi)關(guān)S₁上的電流為0，因此，在該時(shí)刻可以實(shí)現(xiàn)主開(kāi)關(guān)管S₁的零電流零電壓開(kāi)通。

（2）模態(tài)5[t₃,t₄)：

如圖6所示，t₃時(shí)刻，流過(guò)諧振電感L₂上的電流i_L2等于流過(guò)諧振電感L₁上的電流i_L1，由KCL定律可得，流過(guò)輔助開(kāi)關(guān)管S₂的電流為0，由于t₂至t₃時(shí)間段流過(guò)諧振電感L₁上的電流為恒值，則輔助開(kāi)關(guān)管S₂兩端的電壓u_S2為零，因此，在t₃時(shí)刻輔助開(kāi)關(guān)管S₂實(shí)現(xiàn)零電流零電壓關(guān)斷，t₃時(shí)刻以后，電路在該過(guò)程等效為Boost儲(chǔ)能過(guò)程。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。