[发明专利]一种零电压开关Boost电路及其控制方法

说明书

本发明提供一种零电压开关的Boost电路及其控制方法，在主功率电路的整流电路中串入辅助谐振电路，当主功率开关管关断后，利用Boost升压电感的电流实现辅助开关管的零电压导通，然后利用谐振电容与谐振电感的谐振实现谐振电感电流的快速增加并且促使谐振电感的电流大于Boost升压电感的电流，并利用与谐振电容并联的二极管对谐振电感电流的续流，以保证谐振电容的电压不会反向以及谐振电感的电流在达到最大值后不会快速减小。当辅助开关管关断后，利用谐振电流与Boost升压电感电流的差值来实现主开关管的零电压开通。

技术领域

本发明涉及电力电子电路，尤其涉及一种零电压开关Boost电路及其控制方法。

背景技术

一种传统的电源框图如图1所示，桥式整流电路11将AC输入转换成直流电压供给Boost变换器20，所述Boost变换器提供功率因素矫正功能以满足行业标准或者单纯地将波动较大的电压变换到一个稳定的电压或者变化范围较小的一个电压范围，后级的DC/DC变换器将所述Boost变换器的输出电压变换到负载所需的电压并实现隔离的作用。通常情况，AC输入范围为85～265VAC，Boost变换器的稳压值为400V或者稳压范围为200～400V。前级Boost电路的输出电压范围越窄，后级DC/DC变换器设计越简单、能够达到的性能越好。

一种传统的Boost变换器20如图2所示，当主开关管22在控制电路26的作用下进入导通状态时，电感21的一端通过主开关管22短接到地，而所述电感21的另一端与电源正相连，因此输入电压Vin将使电感21中的电流上升。同时，在主开关22的导通时间内，整流二极管23反向偏置而处于截止状态，输出滤波电容24给负载供电。当主开关管22被控制电路26关断时，电感电流不能突变，在主开关管22导通时间内储存在电感21中的能量能够通过整流二极管23供给负载。输出滤波电容24维持输出电压基本为常量。主开关管22的导通时间和关断时间由控制电路26决定，以保证输出电压为某个设定的电压值。

随着电力电子技术的发展进步，电力电子电路朝着高频化、小型化方向发展。因工作频率的提高，电源模块可以使用更小的器件，拥有更小的体积。对于上述传统的Boost变换器20，主开关管22的开关过程存在开关损耗，并且在电感电流连续时，整流二极管23存在反向恢复损耗，因而高频工作将引起上述传统的Boost变换器20的开关损耗的明显增加并导致模块效率的显著降低，由于变换器损耗的增加、体积的减小，模块发热严重，可靠性显著降低。零电压开关的变换器可以大大降低开关损耗，因而，零电压开关的变换器越来越引起人们的关注。

一种现有的实现ZVS的Boost电路为如图6-1所示的同步整流Boost电路，采取PWM控制，图6-2所示为其工作时序波形，利用输出电压和同步整流二极管来实现Boost升压电感的负向励磁，利用负向的电感电流来实现主开关管ZVS，实现该工作过程的条件是电路工作在DCM模式，即电感电流过零。该电路适合功率较小的场合，并且轻载时负向电流明显增加，轻载效率不高。

现有的另一种典型控制方式的同步整流Boost变换器及其控制框图如图7所示，检测Boost升压电感的负电流、输入电压Vin与输出电压Vout来做控制，其中检测Vout来控制输出电压稳定，检测Vin来设置升压电感负向电流的最小值，检测升压电感负向电流来控制同步整流二极管的关断，为PFM控制。轻载时工作频率更高，轻载效率偏低；高压轻载时工作频率更高，高压轻载效率更低。

发明内容

有鉴如此，本发明提供一种零电压开关的Boost电路及其控制方法，以解决高频工作开关损耗过大的问题，解决电感电流连续整流二极管存在的反向恢复问题，同时也解决硬开关所产生的EMI问题。同时为了提高轻载效率，本发明还提供一种轻载控制方法，以进一步提高Boost变换器的整体效率。并且所述控制方法自动适应DCM(电流断续模式)与CCM(电流连续模式)工作模式。

一种零电压开关Boost电路，包含升压电感31、主开关管32、整流二极管33、输出滤波电容34以及控制电路36，还包含零电压开关电路40；