无源无损缓冲电路及其新拓扑

来源：作者：发布时间：2015-02-25 09:55:37 浏览量：

摘要：在分析无源无损缓冲电路的拓扑分类和硬开关转换过程中开关损耗的基础上，总结了无源无损缓冲电路的结构原理和一般实现方法。重点介绍了其在DC/DC变换器中两种新颖的拓扑结构，并简要地分析了它们的工作原理和优缺点。

关键词：无源无损缓冲电路；DC/DC变换器；功率因数校正

1 概述

在硬开关电路中，有源开关器件连接在刚性的电压源或电流源上，开关损耗大、电磁干扰严重、可靠性低，且随着开关频率的提高，这种现象更为严重。为了克服这些缺陷，软开关技术被广泛采用。

有源缓冲电路、RCD缓冲电路、谐振变换器、无源无损缓冲电路是常用的软开关技术。其中，有源缓冲电路通过增添辅助开关以减少开关损耗，但这也增加了主电路和控制电路的复杂程度，从而增大了性价比，也降低了可靠性；RCD缓冲电路虽然结构最简单，价格最便宜，但由于电阻消耗了能量，效率高频电感器较低，在各种软开关技术中性能最差；而谐振变换器虽然实现了ZVS或ZCS，电感生产厂家减少了开关损耗，但谐振能量必须足够大，才能创造ZVS或ZCS条件，而且谐振电路中循环电流较大，还必须在特定的软开关控制器的控制信号下工作，增加了通态损耗、增加了成本、降低了可靠性。与这三种方法不同，无源无损缓冲电路既不使用有源器件，也不使用耗能元件，因而兼具以上三种方法的优点。其结构与RCD缓冲电路一样简单，效率与有源缓冲电路、谐振变换器一样高，电磁干扰小、造价低、性能好、可靠性高，因而获得了广泛的应用。

目前，无源无损缓冲技术虽已比较成熟，但在国内外仍不时有新的拓扑和研究成果发表。本文在参考了最近20多年中无源无损缓冲电路研究成果的基础上，总结了无源无损缓冲电路的结构原理和一般实现方法。此外，重点介绍了其在PWM DC/DC变换器中两种最新的拓扑结构，分析了它们的工作原理，并比较了它们的优缺点。

2 拓扑分类

在过去的几十年里，出现了许多不同的无源无损缓冲电路的拓扑结构，它们可以用一套属性来描述[1]。为此，可划分为两类：一类是最小电压应力单元（MVS），如图1（a），图1（b）所示；另一类是非最小电压应力单元（Non-MVS）,如图1（c），图1（d），图1（e），图1(f)所示。最小电压应力单元^[2]仅使用一个电感和电容值较小的电容就能使主开关管电压应力最小，但实现软开关的范围不大；非最小电压应力单一体电感器元^[3]增加了一个电感，同时也增加了主开关管的电压应力，但与最小电压应力单元相比，在同样的电感和电容下，其软开关范围较大。而且，在小功率情况下，具有较高的效率。