标题:
一种推挽式Boost DC/DC变换器的研究
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作者:
520503
时间:
2014-12-19 20:57
标题:
一种推挽式Boost DC/DC变换器的研究
摘要：随着电力电子技术的迅速发展，双向DC
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DC变换器的应用日益广泛。文章提出在双向DC/DC变换器中用到的一种推挽式Boost
DC/DC变换器
，全面分析这种变换器的工作原理并阐述其缺点，利用PSPICE仿真软件对其进行建模仿真。
0 引言
电力电子技术是研究电能变换原理与变换装置的综合性学科，是电力行业中广泛运用的电子技术。电力电子技术研究的内容非常广泛，包括电力半导体器件、磁性元件、电力电子电路、集成控制电路以及由上述元件、电路组成的电力变换装置，其中电力变换技术是开关电源的基础和核心。由于生产技术的不断发展，双向DC/DC变换器的应用也越来越广泛，主要有直流不停电电源系统（DC-UPS）、航空电源系统、电动汽车等车载电源系统、直流功率放大器以及蓄电池储能等应用场合。而双向DC/DC变换器中，升压变换和降压变换是双向DC/DC变换器中两个组成部分，在DC/DC升压式电路中，通常采用的拓扑结构有Boost、Buck、Boost和推挽三种。而当输入电压比较低，功率不太大的情况下，一般优先采用推挽结构。本文着重介绍一种推挽式Boost DC/DC变换器，对其工作原理进行分析并对这种变换器进行建模及仿真。
1 推挽式Boost DC/DC变换电路工作原理
推挽式Boost DC/DC变换器的拓扑结构，如图1所示，前面一级升压电路可以看作是一个Boost升压电路，通过调整开关管S1的占空比来调节变压器原边输入电压；后面一级升压电路是一个推挽式变换电路，也可以看作是由两个正激式变换器组合来实现的，该变换器是由一个具有中心抽头的变压器和两只开关管S2、S3构成的。这两个正激式变换器在工作过程中相位相反，在一个完整的周期中交替把能量传递给负载，所以称为推挽式变换。
图1 推挽式Boost DC/DC变换器
功率开关管S1、S2、S3的发射极直接连接在电源负极，因此该变换器的驱动电路继承了一般推挽式变换电路的优点：基极驱动十分方便、简单，不需要进行电气隔离就可以直接驱动。该拓扑结构具有结构紧凑、驱动电路简单以及升压效果明显等优点。
升压变换时其具体的工作过程如图2所示，高压侧开关管的驱动信号被封锁。功率开关管S1和升压电感L1构成的Boost电路将电源电压初次升高到一定的电压值；S2和S3驱动信号的占空比均为50%，构成的推挽变换电路将升高后的直流电压变换成交流电压，通过高频变压器传送到副边，并将电压进一步升高，利用反向电路中的开关管的反并二极管进行整流。
在任一时刻，电流仅仅流过一个开关器件，这大大降低了变换器的通态损耗，同时提高了变换器的效率、缩小了变换器的体积。
开关管S1、S2、S3的驱动信号，以及开关管所承受的电压波形、电感L1中的电流波形，如图2所示。
图2 升压变换时开关管上的电压、电感中的电流和变压器副边电压波形
在分析之前，假设所有的开关器件和整流二极管器件均为理想器件，变压器为理想变压器，电感L1足够大，能够保证流过它的电流的连续性。其中电容C2是为了防止电流偏磁的。
各开关状态如下：
（1）t0～t1阶段
t0时刻，S1导通，低压侧直流电压加在L1的两端，电感中的电流线性增长。此期间电源对电感充电，储存能量，为了能够保证电流的连续性，要求电感L1要足够大。这期间虽然开关管S2有触发信号，但是开关管S1的导通对L2回路形成短路，加在变压器原边的电压为零，变压器副边输出电压也为零。
（2）t1～t2阶段
t1时刻，S1关断，S2承受正向电压导通，L1中的电流将通过开关管S2流经变压器，此时变换器对负载供电，L1中的电流线性下降。
（3）t2～t3阶段
t2时刻，S1再次导通，工作过程同t0～t1阶段。
（4）t3～t4阶段
t3时刻，S1关断，S3承受正向电压导通，L1中的电流将通过开关管S3流经变压器，此时变压器对负载供电，L1中的电流线性下降。
通过分析得到如下结论：该电路采用Boost升压电路和推挽式升压电路两种升压电路相结合的方式对输入电压进行升压，大大地提升了升压的整体效率。但是其主要缺点是：电路主体部分仍然采用硬开关电路，造成的开关损耗也比较大，变换器的工作效率受到一定的限制。因此有必要对变换电路进行改进，可以将串联谐振软开关技术引入到推挽式Boost变换器中。
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