雙向Buck-Boost變換器軟開關實現-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-03-08
在對雙向Buck-Boost電路進行理論分析時，我們都會假設L和C這兩類無源器件的值很大。電感L很大就意味著低壓側的電感電流紋波很小，電容C很大就意味著低壓側和高壓側的電壓紋波很小。
圖4 Boost升壓模式下，大電感量條件下的關鍵波形
我們以圖2中雙向Buck-Boost電路的升壓模式為例，繪制圖4的關鍵波形圖。可以看到：
[t0-t1]：S1要關斷，S2暫未開通，處于死區階段。在S1關斷前，流過S1的電流就是電感電流，在關斷期間S1的電流下降，S1的電壓應力上升，兩者產生交疊，使S1產生較大的關斷損耗。S1關斷后其電壓應力為Uhigh。注意在死區內，電感電流通過S2的體二極管續流，S2的體二極管是導通的。
[t1-t2]：S1已經關斷，S2開通。由于先前S2的體二極管是導通的，因此S2兩端的端電壓為0。這時開通S2相當于把電流從S2的體二極管轉移到S2上，開通過程中電流增大但端電壓為0，S2為零電壓開通。
[t2-t3]：S2要關斷，S1暫未開通。這時關斷S2相當于把電流從S2轉移到S2的體二極管上。關斷過程中電流減小但端電壓為0，S2為零電壓關斷。注意在死區內，電感電流通過S2的體二極管續流，S2的體二極管是導通的。
[t3-t4]：S2已經關斷，S2的二極管續流，S1開通。在S1開通前，其電壓應力為Uhigh，S1開通時電壓應力逐漸下降，流過S1的電流逐漸上升為電感電流，兩者產生交疊，使S1產生較大的開通損耗。
從以上分析可以看到，S2工作在軟開關狀態，但開關管S1始終工作在硬開關狀態。究其原因，S1在開通或關斷過程中，其體二極管不存在續流過程，其電壓應力必然存在過渡過程，流過S1的電流是電感電流且又始終為正，這就使得S1工作在硬開關狀態。
那怎樣使S1也工作在軟開關狀態呢？答案是減小電感量，使電感電流過零。
讓我們來看電感電流過零之后，關鍵波形會發生什么變化，如圖5所示。
圖5 Boost升壓模式下，小電感量條件下的關鍵波形
[t0-t1]：S1要關斷，S2暫未開通，處于死區階段。在S1關斷前，流過S1的電流就是電感電流，在關斷期間S1的電流下降，S1的電壓應力上升，兩者產生交疊，使S1產生關斷損耗。S1關斷后其電壓應力為Uhigh。在死區內，電感電流通過S2的體二極管續流。
[t1-t2]：S1已經關斷，S2開通。由于先前S2的體二極管是導通的，因此S2兩端的端電壓為0。這時開通S2相當于把電流從S2的體二極管轉移到S2上，開通過程中電流增大但端電壓為0，S2為零電壓開通。
[t2-t3]：S2要關斷，S1暫未開通。這時關斷S2相當于把電流從S2轉移到S2的體二極管上。關斷過程中電流減小但端電壓為0，S2為零電壓關斷。在死區內，電感電流通過S2的體二極管續流。
[t3-t4]：S2已經關斷，S2的二極管續流，S1開通。在S1開通前，其電壓應力為Uhigh，S1開通時電壓應力逐漸下降，但流過S1的電流此時為負電流，兩者并未產生交疊，使S1零電壓開通。
通過上述分析可知，相較于大電感時S1的開通和關斷皆為硬開關，減小電感量使電感電流過零后，S1實現了開通時的軟開關。
雙向Buck-Boost變換器工作在Buck模式時，S1和S2工作在軟開關條件的推理方法與Boost模式基本是一樣的，唯一的區別就是Buck模式下S1和S2的強管和弱管地位互換。
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