零電流開關準諧振Boost變換器的無源控制

摘要：分析了零電流準諧振升壓(ZCS-QRC Boost)變換器的工作原理。采用時間平均法對ZCS-QRC Boost變換器的狀態方程進行簡化，并對其采用無源控制方法，不但能夠得到確保全局穩定的控制器，而且能消除輸入電壓負載擾動等引起輸出電壓的變化。通過Matlab仿真及實驗驗證了采用無源控制的ZCS-QRC Boost變換器的系統有較強魯棒性以及穩定的輸出電壓。
關鍵詞：變換器；無源控制；時間平均法

1 引言
軟開關技術使高頻開關管工作在零開關狀態，從而大大減小了開關損耗，提高了開關變換器的效率。準諧振開關技術結合了諧振技術和PWM技術的優點，而準諧振變換器(QRC)能有效地解決開關強度、開關損耗以及電磁干擾等問題，可使變換器在不降低效率的前提下工作于很高的開關頻率，推動了開關電源向高頻化發展。但它是一個時變的非線性系統，分析設計困難。這里在分析ZVS-QRC Boost電路的基礎上，采用時間狀態平均法原理建立了QRC的非線性動態模型。
目前，無源性控制方法已成為研究非線性系統的重要工具，并在DC／DC變換器、功率因數校正等電力電子應用領域得到廣泛應用。這里
通過Matlab仿真，對比傳統PWM ZCS-QRC Boost變換器與加入無源控制的ZCS-QRC Boost的電路模型后可知，后者有較好的快速性、跟蹤性和很強的魯棒性，達到了理想的控制效果，最后通過實驗進行驗證。

2 ZCS-QRC Boost變換器的工作原理
2．1 電路模型及不同電路工作模態、狀態方程
ZCS-QRC Boost變換器如圖1所示。

工作模態1[t0，t1] 電感充電階段。在t0時刻之前，開關管VQ關斷，續流二極管VD導通。t0時刻，VQ導通，流過諧振電感Lr的電流iLr線性上升，此時VQ為零電流導通：

工作模態2[t1，t2] 諧振階段。從t1時刻起，Lr和Cr開始諧振工作。t2時刻，iLr諧振到零，VQ為零電流關斷：

工作模態3[t2，t3] 在t2時刻，iLr諧振到零，VQ關斷，諧振結束，電容電壓線性上升：