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引言：BUCK是一種最基礎(chǔ)的開(kāi)關(guān)變換器。鑒于它的優(yōu)質(zhì)特性，目前已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。伴隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，小型化、輕質(zhì)化、高可靠性以及高功率密度已經(jīng)成為其未來(lái)的重要發(fā)展方向，同時(shí)必然伴隨著更高的開(kāi)關(guān)頻率。然而實(shí)際工作中，開(kāi)關(guān)頻率的提升，不但會(huì)提升轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)元器件的損耗，還會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的效率，從而影響其性能。軟件開(kāi)關(guān)技術(shù)方面，為了更好地解決這一問(wèn)題，可以采用零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，從而有效抑制對(duì)電壓和電流開(kāi)關(guān)元件的影響。同時(shí)，開(kāi)關(guān)元件對(duì)電力的消耗降低，其效率和變換器的穩(wěn)定性會(huì)有所提高。軟件開(kāi)關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，減少了散熱裝置的數(shù)量，雖然開(kāi)關(guān)頻率有所提升，但是負(fù)荷量卻相應(yīng)減少。在此背景下，可以采用零電壓和電流開(kāi)關(guān)來(lái)改良轉(zhuǎn)換器?；隈詈想姼械能涢_(kāi)關(guān)BUCK變換器不但應(yīng)用了軟交換技術(shù)，還提升了開(kāi)關(guān)關(guān)轉(zhuǎn)換器的效率，使得相關(guān)設(shè)備的操控變得更加簡(jiǎn)單。

1 軟開(kāi)關(guān)BUCK變換器原理

本文對(duì)大量的BUCK軟開(kāi)關(guān)變換器進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)這些變換器的對(duì)比、分析以及總結(jié)，認(rèn)為提出的BUCK變換器具有更好的效果，其效果圖如圖1所示。

圖1 BUCK軟開(kāi)關(guān)變換器

從圖1得知，S1為電源開(kāi)關(guān)，二極管D1、D2是續(xù)流和輔助二極管，L1和L2相結(jié)合構(gòu)成耦合電感，L3是過(guò)濾器。在軟件開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)實(shí)現(xiàn)了全部開(kāi)關(guān)元件的軟件開(kāi)關(guān)技術(shù)，完成了零電壓開(kāi)通以及零點(diǎn)六關(guān)斷的重要技術(shù)。作為主開(kāi)關(guān)管S1的開(kāi)口部的電流變?yōu)榱悖瑢?shí)現(xiàn)了連續(xù)電流二極管D1的開(kāi)通以及關(guān)斷的零電壓和零電流，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了輔助二極管D2開(kāi)通和關(guān)斷的零電流與零電壓。這樣在軟件開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，可事先將所有的開(kāi)關(guān)元件開(kāi)通和斷開(kāi)，從整體上提升了變換器的使用效率。

由相關(guān)研究可知，軟開(kāi)關(guān)BUCK轉(zhuǎn)換器是需要間歇地在導(dǎo)通模式下操作的軟件開(kāi)關(guān)。因此，實(shí)際運(yùn)行中濾光器L3的值需要減小。濾光器L3阻塞值組合的互通器可以在DCM下工作，且濾光器的值無(wú)限趨近于零時(shí)，連續(xù)電流二極管D1支路基本上不會(huì)發(fā)揮任何作用。因此，使用連續(xù)電流二極管D1的連接器代替的濾光器，在相反的電源開(kāi)關(guān)中集成二極管，得到了改良型開(kāi)關(guān)。圖2顯示了zerovoltageswching（zva）和零電流開(kāi)關(guān)（zericurridswching，zcs）的BUC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖2 改進(jìn)型ZVS-ZCSBuck變換器

S1為電源開(kāi)關(guān)，Mosfet Ds是電源開(kāi)關(guān)管Mosfet的集成。耦合電感器為圖2中的L1和L2，Cr為共振電容器一連續(xù)電流二極管，零電壓和逆并聯(lián)二極管Ds clampin作為開(kāi)關(guān)。

改良型軟件開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器和傳統(tǒng)的電感開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器主要的區(qū)別在于兩個(gè)方面。

（1）主開(kāi)關(guān)管S1對(duì)軟開(kāi)關(guān)的控制方法有所差異。改良前的開(kāi)關(guān)在開(kāi)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管電流為零。濾波器電感器L3和滿足相互電感M3的結(jié)合，通過(guò)電流電感器I3被屏蔽，主開(kāi)關(guān)打開(kāi)前的電流零，實(shí)現(xiàn)了零電流控制。耦合電感器L2、開(kāi)關(guān)管的耦合電感L1、關(guān)機(jī)和共振容量諧振電路，形成了Cr。然后，開(kāi)關(guān)管兩端電壓zero逆并聯(lián)二極管Ds的夾具效果，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)的零電壓控制。

（2）電感耦合模式不同。耦合電感的作用是電流I3斷續(xù)后繼續(xù)為負(fù)載提供能量以提高電路的效率，而且變換器性能跟耦合電感的匝數(shù)比無(wú)關(guān)。改良之后的BUCK變換器耦合電感L1不但具備常規(guī)BUCK并對(duì)其電感的濾波功能，同時(shí)還能夠和諧振電容Cr共同組成諧振電路，從而確保開(kāi)關(guān)兩側(cè)電壓在開(kāi)通之前能夠下降到零，并并通過(guò)反向并聯(lián)二極管DS的鉗位作用使其始終處于零的狀態(tài)，最終保障主開(kāi)關(guān)零電壓進(jìn)行開(kāi)通。與此同時(shí)，耦合電感L2和其中的續(xù)流二極管D1實(shí)施有效串聯(lián)，為確保其零點(diǎn)六開(kāi)關(guān)奠定了良好的基礎(chǔ)。

2 耦合電感器的設(shè)計(jì)和分析

電感在BUCK變換器中擁有著非常多的功能，比如能量存儲(chǔ)以及轉(zhuǎn)換，能夠有效的應(yīng)對(duì)電流沖擊。一般來(lái)講，磁性元件的體積以及重量都相對(duì)較大，它們可以占據(jù)到BUCK變換器的1/5，甚至在某些特殊場(chǎng)景中，磁性元件的體積以及重量可以占據(jù)到1/2以上，因此，通常來(lái)講，電感的體積以及重量可以對(duì)變換器的大小以及重量產(chǎn)生決定性的影響。要想使得變換器變得更小、更輕，就必須要研究高頻化以及輕型化的電感。耦合電感線圈之間的漏磁通和漏感以及耦合電感匝數(shù)比的改變等都會(huì)對(duì)變換器產(chǎn)生很大的影響。因此，耦合電感器的合理的設(shè)計(jì)優(yōu)化匝數(shù)比的變化降壓轉(zhuǎn)換器的改善重要的研究。

2.1 耦合電感優(yōu)化

耦合系數(shù)，線圈的反對(duì)方面通過(guò)結(jié)合線圈側(cè)發(fā)生的磁通的大小來(lái)決定的。小小的耦合系數(shù)和結(jié)合的線圈高輸出的情況下的應(yīng)用不適合，高輸出的情況下發(fā)生的磁場(chǎng)，某種程度上小小的耦合系數(shù)的結(jié)合線圈的磁電路的方向變化，所以，然后又p，misflow和磁滯損失等的問(wèn)題制作。大耦合系數(shù)的耦合電感線圈之間的泄漏和能源損失可以減少，裝置本身而言，周磁場(chǎng)削弱的影響。選擇正確的核心結(jié)合性能和線圈的磁通密度會(huì)提高，電力減少損失。

3 耦合電感器

3.1 線圈的線徑的選擇

耦合電感的性能是由焊絲直徑、趨膚的深度來(lái)決定的。使用周波數(shù)大于f（hz），表皮效果很大。趨膚深度（cm）的額定周波數(shù)相關(guān)。趨膚的深度和周波數(shù)的關(guān)系，多數(shù)的作為數(shù)據(jù)的表現(xiàn)為：

改進(jìn)型Buck變換器的開(kāi)關(guān)頻率為50kHz，將其帶入上式可得

漆包線直徑的選擇通常情況下按照導(dǎo)線直徑應(yīng)小于二倍的趨膚深度的準(zhǔn)則，因而導(dǎo)線直徑d有

從上述的公式以及其結(jié)果可知，線徑的漆包線可選擇從理論上可見(jiàn)。但是，高周波數(shù)動(dòng)作耦合電感器的表皮的效果。因此，耦合電感器的繞組的情況下，多鋼絞線繞組和繞組方法通常被采用。這的目的是，各線的高周波工作下的不均勻電流分布，為了交流阻抗可減少，有效電線的損失可以減少。

3.2 耦合電感器

電感耦合磁性材料和磁性形狀與漆包線直徑后，耦合電感卷被。本文在圓形的耦合電感器的匝數(shù)比1，2，3的上弦分別，圖3所示。兩個(gè)紅色outends（左側(cè)的2個(gè)左側(cè)）的耦合電感器的另一方面，兩個(gè)青outends（右側(cè)的兩個(gè)方面）的耦合電感器的對(duì)面。他們之間，紅色與青的上端出線同樣的名字一結(jié)束，紅色和青下端相互結(jié)束這個(gè)名字的引出線。

圖3 圓形耦合電感

第二，對(duì)結(jié)合因子的優(yōu)化，簡(jiǎn)單地介紹了核心的核心材料和形狀。在全面的考慮之后，為了減少錳鋅纖維材料的旋渦電流和穩(wěn)健損失，作為磁性材料選擇，不僅僅是作為坦克的結(jié)構(gòu)的磁形的手，也提高了結(jié)合體的干擾防止能力。

而且，被改良的背景轉(zhuǎn)換器 耦合電感器的數(shù)量的改變的影響的分析。原理分析及公式導(dǎo)出通過(guò)耦合電感器和改良的背景轉(zhuǎn)換器的電壓和電流開(kāi)關(guān)二極管的應(yīng)力轉(zhuǎn)數(shù)比的關(guān)系得到。

4 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，能源的有效利用以及高功率密度開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器始終是很多專家與學(xué)者的研究課熱點(diǎn)。因此，在研究中，許多學(xué)者提出的多種軟件開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器，但是，這些降壓轉(zhuǎn)換器在一定程度上還是存在有各種各樣的一些問(wèn)題。例如，一些額外的諧振電路，開(kāi)關(guān)管的兩端高電壓和電流過(guò)大的沖擊，過(guò)多的輔助、電容器、二極管以及其他電感元器件的增加，這樣，無(wú)疑會(huì)提升其功率，加大能源的損耗，同時(shí)不利于其可靠性的提升。

鑒于上述問(wèn)題，本文的研究中提出了基于耦合電感的降壓轉(zhuǎn)換器，即軟開(kāi)關(guān)BUCK變換器。（1）對(duì)改良之后的BUCK變換器原理展開(kāi)了探討，并對(duì)其控制方法展開(kāi)了論述，從而確定了改變換器的使用條件和使用性能，最終認(rèn)為，改良之后的變換器需要工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式之下，才可以有效地完成各個(gè)開(kāi)關(guān)元件的軟開(kāi)關(guān)方式。（2）耦合電感在改良之后的轉(zhuǎn)換器中擁有者非常關(guān)鍵的作用。通過(guò)構(gòu)建相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，然后開(kāi)始對(duì)各個(gè)部件實(shí)施優(yōu)化，更加深入的分析耦合電感的匝數(shù)對(duì)變換器性能產(chǎn)生的影響，最終得出最為優(yōu)質(zhì)的改良方式，保證了改良BUCK變換器的性能。（3）被改良的轉(zhuǎn)換器間歇性地導(dǎo)電模式下運(yùn)行，凱以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通和零電流的閉合，開(kāi)通零電壓以及閉合零電流的實(shí)現(xiàn)都是通過(guò)續(xù)流二極管來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，另外。改良之后的BUCK變換器所包含的電路以及電器元件數(shù)量有所減少，因此其操作和控制更加的便捷，其穩(wěn)定性有所提升。