零電流開(kāi)關(guān)準諧振Boost變換器的無(wú)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(shí)間平均法對ZCS-QRC Boost變換器的狀態(tài)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化，并對其采用無(wú)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(dòng)等引起輸出電壓的變化。通過(guò)Matlab仿真及實(shí)驗驗證了采用無(wú)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(guān)鍵詞：變換器；無(wú)源控制；時(shí)間平均法

1 引言
軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使高頻開(kāi)關(guān)管工作在零開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而大大減小了開(kāi)關(guān)損耗，提高了開(kāi)關(guān)變換器的效率。準諧振開(kāi)關(guān)技術(shù)結合了諧振技術(shù)和PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，而準諧振變換器(QRC)能有效地解決開(kāi)關(guān)強度、開(kāi)關(guān)損耗以及電磁干擾等問(wèn)題，可使變換器在不降低效率的前提下工作于很高的開(kāi)關(guān)頻率，推動(dòng)了開(kāi)關(guān)電源向高頻化發(fā)展。但它是一個(gè)時(shí)變的非線(xiàn)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(shí)間狀態(tài)平均法原理建立了QRC的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)模型。
目前，無(wú)源性控制方法已成為研究非線(xiàn)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(lǐng)域得到廣泛應用。這里
通過(guò)Matlab仿真，對比傳統PWM ZCS-QRC Boost變換器與加入無(wú)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(guò)實(shí)驗進(jìn)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(tài)、狀態(tài)方程
ZCS-QRC Boost變換器如圖1所示。

工作模態(tài)1[t0，t1] 電感充電階段。在t0時(shí)刻之前，開(kāi)關(guān)管VQ關(guān)斷，續流二極管VD導通。t0時(shí)刻，VQ導通，流過(guò)諧振電感Lr的電流iLr線(xiàn)性上升，此時(shí)VQ為零電流導通：

工作模態(tài)2[t1，t2] 諧振階段。從t1時(shí)刻起，Lr和Cr開(kāi)始諧振工作。t2時(shí)刻，iLr諧振到零，VQ為零電流關(guān)斷：

工作模態(tài)3[t2，t3] 在t2時(shí)刻，iLr諧振到零，VQ關(guān)斷，諧振結束，電容電壓線(xiàn)性上升：