摘要：软开关技术是开关电源中的一个重要研究领域。根据磁性元件的电压极性在不同开关状态下也不同的特点，提出了一种新型的zvs关断电路。这种关断电路所附加的元件很少，但可以实现优良的软关断效果。以ccm buck电路为例，对该zvs关断电路进行了详细的理论分析。最后的实验结果证实了理论分析，表明这种电路的正确性和可行性。

关键词：软开关；吸收电路；零电压开关

引言

软开关（zvszcs）技术可以显著地减小开关损耗，是开关电源的一个重要研究领域。迄今为止，实现软开关的方案很多，归纳起来可以有以下几种不同形式：

1）直接利用谐振实现的谐振软开关，它可以实现良好的软开关效果，但却需要采用变频控制策略，使磁性元件的设计难以优化；

2）利用辅助开关实现的有源软开关技术，可以实现pwm控制策略，并达到很好的软开关效果，但它需要辅助开关管及其控制驱动电路，不利于增加开关电源的功率密度，可靠性也有所降低；

3）采用无损吸收电路实现软开关技术，仅需要附加少量无损元器件（电容、电感和二极管），就可以实现软开关[1][2][3][4][5][6][7]，且可以采用pwm控制，便于设计磁性元件。

本文提出了一种新型的无源无损zvs软开关电路，它利用主电感电压极性跟随开关状态改变的特点，来恰当地控制zvs关断电容的充电和放电。该电路具有使用元器件少，无需额外的辅助开关，且软开关效果好，控制方便等许多优点，研究结果证明该电路是可行的。

1 新型的磁耦合式zvs关断电路

如图1所示，新型的zvs关断电路所包含的元器件很少：小电容cs和二极管ds，用于实现主开关的zvs关断；小电感lr、二极管dr和主电感的耦合电感lmc，给cs创造充电的准谐振条件。将图1中的a～e各个端点连接到电路的恰当位置，就可以为具体电路构造zvs关断条件。

图2所示为一个带新型磁耦合式zvs关断电路的buck拓扑，虚线所包围部分为附加上去的zvs关断电路。

图1、2

这种新型的关断电路可推广到所有带单开关的基本拓扑中，如图3所示。

图3 带新型zvs关断电路的基本拓扑

由于cuk、sepic和zeta拓扑都含有两个主电感，这两个主电感的电压极性都随着开关状态发生改变，故它们都可以用于构造新型的zvs关断电路。

2 带新型zvs关断电路的ccm buck拓扑的工作原理

以ccm buck电路为例，说明新型zvs关断电路的工作原理。为方便电路分析，做如下假设：

1）输入电压vin为恒定值；

2）输出电容co足够大，输出电压vo恒定；

3）所有元器件都是理想的，忽略其寄生参数；

4）耦合电感可视为励磁电感lm和一个理想变压器组成，励磁电流im为大于零的恒定值。

电路共有5个工作模态，如图4所示，其工作波形如图5所示。通路用粗线表示。

图4 电路各个工作模态图

图5 各个工作模态的主要波形图

模态1〔t0－t1〕 t0时刻，电容cs放电完毕，do实现zvs开通，电路进入lm放电状态，其电流为im。

模态2〔t1－t2〕 t1时刻，s开通。输入电流iin马上跃升到im，输出二极管do立即关断（s和do这时都不是软开关，这不是本文研究的内容）。s开通后，v1的极性变为正，其感应电压v2也跟着变为正；cs和lr在v2作用下发生串联谐振。设耦合电感的变比为n2/n1，则有：

此时，iin（t）包含有两个电流分量，即

iin(t)=im＋ilrc(t) （4）

式中：ilrc(t)=(n1/n2)ilr(t)

模态3〔t2－t3〕 t2时刻，vcs(