軟開關(guān)變換器

1、現(xiàn)代電源技術(shù),Modern power technologies,第5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo),學(xué)習(xí)指導(dǎo) 軟開關(guān)是指，通過在原來的開關(guān)電路中增加很小的電感、電容等諧振元件，構(gòu)成輔助換流網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程前后引入諧振過程，使開關(guān)開通前電壓先降為零(零電壓開通)或開通過程中電流緩慢上升(零電流開通)，或關(guān)斷前電流先降為零(零電流關(guān)斷)或關(guān)斷過程中電壓緩慢上升(零電壓關(guān)斷)，就可以消除或減低開關(guān)過程中電壓、電流的重疊部分的面積，從而減小甚至消除開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。 軟開關(guān)分為零電壓開關(guān)、零電流開關(guān)、混合軟開關(guān)。根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程，軟開關(guān)變換器分為準(zhǔn)諧振變換器、PWM軟開關(guān)變換器,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.

2、1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,第5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo),學(xué)習(xí)指導(dǎo) 準(zhǔn)諧振變換器（QRC）的特點是諧振元件參與能量變換的某一個階段，而不是全程參與。 準(zhǔn)諧振變換器分為零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（ZVS QRC），零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（ZCS QRC），零電壓開關(guān)多諧振變換器（ZVS MRC），和用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（Re

3、sonant DCLink），這類變換器也需要采用頻率調(diào)制方法。 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)DC/DC變換器最主要的特點就是利用PFM調(diào)壓，這使得電源的輸入濾波器、輸出濾波器的設(shè)計復(fù)雜化，并影響系統(tǒng)的噪聲,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,第5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo),學(xué)習(xí)指導(dǎo) 常規(guī)的PWM變換器開關(guān)頻率恒定，控制

4、方法簡單。 在準(zhǔn)諧振軟開關(guān)DC/DC變換器中，諧振產(chǎn)生在開關(guān)管整個導(dǎo)通或整個關(guān)斷區(qū)間，若把諧振控制在開關(guān)管導(dǎo)通前或關(guān)斷前很小一段時間內(nèi)，且諧振半周期遠小于開關(guān)周期，這就構(gòu)成了PWM軟開關(guān)變換器。 PWM軟開關(guān)變換器主要分為零開關(guān)PWM變換器、零轉(zhuǎn)換PWM變換器和移相全橋軟開關(guān)PWM變換器,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3

5、移相控制ZVS-PWM全橋變換器,第5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo),學(xué)習(xí)指導(dǎo) 本章主要討論軟開關(guān)的基本概念與分類，諧振型軟開關(guān)變換器、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器和PWM軟開關(guān)變換器的電路構(gòu)成和基本的工作原理。建議重點學(xué)習(xí)以下主要內(nèi)容： 1）軟開關(guān)的基本概念與分類、軟開關(guān)電路的分類。 2）準(zhǔn)諧振軟開關(guān)電路的工作原理和電路工作特點。 3）零電壓、零電流開關(guān)電路的構(gòu)成特點、工作原理；零轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的構(gòu)成特點、工作原理；移相控制軟開關(guān)PWM全橋變換器的工作原理,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)

6、諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,第5章 軟開關(guān)變換器,1,2,3,概述,準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器,PWM軟開關(guān)變換器,基本內(nèi)容,常規(guī)的DC/DC PWM功率變換技術(shù)進一步提高開關(guān)頻率會面臨許多問題。 隨著開關(guān)頻率的提高，一方面開關(guān)管的開關(guān)損耗會成正比的上升，使電路的效率大大的降低，從而使變換器處理功率的能力大幅下降；另一方面，系統(tǒng)會對外產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾（EMI）。 所謂軟開關(guān)，通常是指零電壓開關(guān)ZVS（Zero Voltage Switching）和零電

7、流開關(guān)ZCS（Zero Current Switching）或近似零電壓開關(guān)與零電流開關(guān),5.1 概述,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,硬開關(guān)過程是通過突變的開關(guān)過程中斷功率流而完成能量的變換； 而軟開關(guān)過程是通過電感L和電容C的諧振，使開關(guān)器件中的電流（或其兩端的電壓）按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)

8、律變化，當(dāng)電流過零時，使器件關(guān)斷，或者當(dāng)電壓下降到零時，使器件導(dǎo)通。開關(guān)器件在零電壓或零電流條件下完成導(dǎo)通與關(guān)斷的過程，將使器件的開關(guān)損耗在理論上為零。 軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用使電力電子變換器可以具有更高的效率，功率密度和可靠性同時得到提高，并有效的減小電能變換裝置引起的電磁干擾和噪聲等,5.1 概述,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5

9、.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.1 功率電路的開關(guān)過程,在功率變換電路中，每只功率管都要進行開通與關(guān)斷控制。 功率管在開通時開關(guān)管的電壓不是瞬時下降到零，而是有一個下降時間，同時它的電流也不是瞬時上升到負載電流，也有一個上升時間。 在這段時間里，電流和電壓有一個交疊區(qū)，產(chǎn)生損耗，通常稱之為開通損耗（Turn-on loss），如圖5-1(a)所示,a）開通過程 圖5-1 開關(guān)管開通與關(guān)斷過程的電壓電流及功率損耗曲線,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開

10、關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.1 功率電路的開關(guān)過程,當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，開關(guān)管的電壓不是瞬時從零上升到電源電壓，而是有一個上升時間，同時它的電流也不是瞬時下降到零，也有一個下降時間。 在這段時間里，電流和電壓也有一個交疊區(qū)，產(chǎn)生損耗，通常稱之為關(guān)斷損耗（Turn-off loss），如圖5-1(b)所示,a）關(guān)斷過程 圖5-1 開關(guān)管開通與關(guān)斷過程的電壓電流及功率損耗曲線,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟

11、開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.1 功率電路的開關(guān)過程,可見當(dāng)功率管開關(guān)工作時，要產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，統(tǒng)稱為開關(guān)損耗（Switching loss），通常可由一個開關(guān)周期的平均開通和關(guān)斷損耗求出。 假設(shè)導(dǎo)通后流入功率管電流為IC，關(guān)斷后功率管承受的電壓為UC，導(dǎo)通時的管壓降忽略不計，則由圖5-1分析，不難求得導(dǎo)通和關(guān)斷過程功率管的電流、電壓

12、瞬時值i、u。 開通過程： 關(guān)斷過程,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.1 功率電路的開關(guān)過程,一個開關(guān)周期的平均開通和關(guān)斷損耗PS為,5-1,式中：PS 功率管開關(guān)損耗； ton功率管開通時間； toff功率管關(guān)斷時間； f 功率管開關(guān)頻率； UC關(guān)斷后功率管承受的電壓； IC

13、導(dǎo)通后流入功率管電流,在工作電壓和工作電流一定的條件下，功率管在每個開關(guān)周期中的開關(guān)損耗是恒定的，變換器總的開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比。 開關(guān)損耗的存在限制了變換器開關(guān)頻率的提高，從而限制了變換器的小型化和輕量化。同時，開關(guān)管工作在硬開關(guān)時還會產(chǎn)生較高的di/dt和dv/dt，從而產(chǎn)生較大的電磁干擾,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器

14、5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.2 軟開關(guān)的特征及分類,通過在原來的開關(guān)電路中增加很小的電感、電容等諧振元件，構(gòu)成輔助換流網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程前后引入諧振過程，使開關(guān)開通前電壓先降為零，或關(guān)斷前電流先降為零，就可以消除開關(guān)過程中電壓、電流的重疊，降低它們的變化率，從而大大減小甚至消除開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，這樣的電路稱為軟開關(guān)電路。 軟開關(guān)電路中典型的開關(guān)過程如圖5-2所示，具有這樣開關(guān)過程的開關(guān)稱為軟開關(guān),圖5-2 軟開關(guān)的開關(guān)過程,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.

15、2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.2 軟開關(guān)的特征及分類,使開關(guān)開通前兩端電壓為零（且關(guān)斷過程中電壓上升較慢），則開關(guān)開通時就不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式稱為零電壓開通(關(guān)斷方式稱為零電壓關(guān)斷)，簡稱零電壓開關(guān)；使開關(guān)關(guān)斷前流過其電流為零(且開通過程中電流緩慢上升)，則開關(guān)關(guān)斷時也不會產(chǎn)生損耗和噪聲，這種關(guān)斷方式稱為零電流關(guān)斷(開通方式稱為零電流開通)，簡稱零電流開關(guān)；零電壓開通和零電流關(guān)斷要靠電路中的諧振來實現(xiàn)。 與開關(guān)

16、相串聯(lián)的電感能使開關(guān)開通后電流上升延緩，降低了開通損耗，但斷態(tài)時功率管的電壓應(yīng)力增大；與開關(guān)并聯(lián)的電容能使開關(guān)關(guān)斷后電壓上升延緩，從而降低關(guān)斷損耗，但通態(tài)時功率管的電流應(yīng)力增大。這樣的開關(guān)過程一般給電路造成總損耗增加、關(guān)斷過電壓增大等負面影響，是得不償失的，因此常與零電壓開通和零電流關(guān)斷配合應(yīng)用,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5

17、.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.2 軟開關(guān)的特征及分類,軟開關(guān)技術(shù)問世以來，經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和完善，前后出現(xiàn)了許多種軟開關(guān)電路，新型的軟開關(guān)拓撲仍不斷的出現(xiàn)。 根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件是零電壓開通還是零電流關(guān)斷，可以將軟開關(guān)電路分成零電壓電路和零電流電路兩大類。通常，一種軟開關(guān)電路要么屬于零電壓電路，要么屬于零電流電路。 根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可以將軟開關(guān)電路分成全諧振型變換器或諧振型變換器、準(zhǔn)諧振變換器、零開關(guān)PWM變換器和零轉(zhuǎn)換PWM變換器,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振

18、軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,諧振電路是諧振變換器的基本單元，它包括串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路。 1）串聯(lián)諧振電路 （1）基本的串聯(lián)諧振電路 基本的串聯(lián)諧振電路如圖5-3（a）所示，Lr是諧振電感，Cr是諧振電容，Ui是輸入直流電源,a) 圖5-3 基本的串聯(lián)諧振電路,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特

19、性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,根據(jù)圖5-3（a），列出電路微分方程為,a) 圖5-3 基本的串聯(lián)諧振電路,5-2,假設(shè)t0時刻，諧振電感的初始電流為iLr(t0)=ILr0，諧振電容的初始電壓uCr(t0)=UCr0，解微分方程組5-2得為,5-3,5-4,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)

20、成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,若電路的初始狀態(tài)為零初始狀態(tài)，即ILr0= iLr(t0)=0，UCr0=uCr(t0)=0，則,b) 圖5-3 基本的串聯(lián)諧振電路,5-5,5-6,此時，諧振電容電壓最大值為UCrmax=2Ui，諧振電感電流的最大值為ILrmax=Ui/Zr，僅決定于電源電壓Ui和,特征阻抗Zr。如果Lr變小或Cr變大，諧振電感電流的最大值

21、增大，而諧振電容電壓的最大值不變。iLr和uCr分別按正弦和余弦規(guī)律變化，如圖5-3(b)所示。表明諧振電感和諧振電容所儲的能量相互交換，uCr達到最大值時，iLr則正好為零,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,2）諧振電容并聯(lián)電流源的串聯(lián)諧振電路 在串聯(lián)諧

22、振電路的諧振電容上并聯(lián)一個電流源，即構(gòu)成另一類串聯(lián)諧振電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖5-4（a）所示。 根據(jù)圖5-4（a），列出電路微分方程為,a) 圖5-4 諧振電容上并聯(lián)一個電流源的串聯(lián)諧振電路,5-5,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,假設(shè)在t0時刻，諧振電感

23、的初始電流為iLr(t0)=ILr0，諧振電容的初始電壓uCr(t0)=UCr0，解微分方程組（5-5），得到,a) 圖5-4 諧振電容上并聯(lián)一個電流源的串聯(lián)諧振電路,5-8,5-9,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,由式5-10、式5-11可知，諧振電容

24、并聯(lián)電流源的串聯(lián)諧振電路，僅在諧振電感電流中增加了一個直流分量Io，如圖5-4（b）所示,圖5-4 諧振電容上并聯(lián)一個電流源的串聯(lián)諧振電路,5-10,5-11,假設(shè)電路初始狀態(tài)為零初始狀態(tài)，即ILr0= iLr(t0)=I0，UCr0=uCr(t0)=0，則,a,b,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM

25、全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,2）并聯(lián)諧振電路 基本的并聯(lián)諧振電路如圖5-5(a)所示，圖中Lr是諧振電感，Cr是諧振電容,Ii是輸入直流電流源。 根據(jù)圖5-5(a)，列出電路微分方程為,5-12,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,圖5-5

26、 基本的并聯(lián)諧振電路,假設(shè)在t0時刻，諧振電感的初始電流為iLr(t0)=ILr0，諧振電容的初始電壓uCr(t0)=UCr0，解微分方程組5-12得,a,5-13,5-14,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性,圖5-5 基本的并聯(lián)諧振電路,若電路初始狀態(tài)為

27、零初始狀態(tài)，即ILr0= iLr(t0)=0，UCr0=uCr(t0)=0，則,b,5-15,5-16,此時，諧振電感中電流最大值為ILrmax=2Ii，諧振電容兩端的電壓最大,值為UCrmax=ZrIi，僅決定于電源電壓Ii和特征阻抗Zr。如果Lr變小或Cr變大，諧振電感電流的最大值不變，而諧振電容電壓兩端電壓最大值減小。uCr和iLr分別按正弦和余弦規(guī)律變化，如圖5-5（b）所示,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器

28、5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器,零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（Zero Current Switching Quasi Resonant Converter，ZCS QRC），對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖5-6(a)所示。 按照開關(guān)電流方向又可以分成半波型5-6(b)和全波型5-6(c) ，半波型主要在開關(guān)支路上串聯(lián)一個二極管，使電流僅能單向流動，而全波型則在開關(guān)管上反并聯(lián)一個二極管實現(xiàn)電流雙向流動,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分

29、類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,圖5-6 零電流準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元:導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)諧振，關(guān)斷區(qū)間時間可調(diào),5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器,零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（Zero Voltage Switching Quasi Resonant Converter ，ZVS QRC），對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖5-7(a)所示； 與零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器相似，根據(jù)開關(guān)上并聯(lián)電容的

30、工作過程又可以分成半波型5-7(b)和全波型5-7(c) 兩種,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,圖5-7 零電壓準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元：關(guān)斷區(qū)間內(nèi)諧振，導(dǎo)通區(qū)間時間可調(diào),5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器,零電壓開關(guān)多諧振變換器（Zero Voltage Switching Multi Res

31、onant Converter，ZVS MRC），對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖5-8所示。 用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（Resonant DCLink），對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖5-10所示，這類變換器需要采用頻率調(diào)制方法，也屬于零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,圖5-10 諧振直流環(huán)電路 等效電路,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制

32、ZVS-PWM全橋變換器,圖5-8 零電壓開關(guān)多諧振基本開關(guān)單元,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,將輸入部分看作恒流源，輸出負載部分看作電壓負載Uo。開關(guān)管VTS導(dǎo)通時，有輸入電流Ii，二極管VD關(guān)斷，沒有電流注入電壓負載，在t0時間，開關(guān)管VTS關(guān)斷，輸入電流流入電容Cr，給電容充電。 圖5-5（b）給出零電壓準(zhǔn)諧振buck型電流變換器的典型的工作波形,圖5-5 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電流型buck變換器的簡化電路及其工作波形,a)電路拓撲,b）主要工作波形,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)

33、變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,在穩(wěn)態(tài)工作下，一個完整的開關(guān)周期分為4個階段，各階段工作過程分析如下： （1）t0 t1階段，電容充電階段，電流路徑示意圖如圖5-8(a)所示。 t0之前，VTS導(dǎo)通，輸入電流Ii經(jīng)VTS續(xù)流，t0時刻，開關(guān)管VTS關(guān)斷，電容Cr充電，Cr上的電壓線性上升，在t1時刻，uCr達到Uo，二極管VD導(dǎo)通,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程

34、5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,2）t1 t4階段，諧振階段，電流路徑示意圖如圖5-8(b)所示。 t1時刻，二極管VD導(dǎo)通，一部分Ii流入Uo，一部分Ii給電容充電，t2時刻，iLr達到Ii，這時電容電壓達到峰值；隨后諧振電容開始放電，當(dāng)電容電壓uCr降到Uo，iLr達到峰值，隨后iLr開始減小，直到u

35、Cr降到零，諧振過程結(jié)束，這時VDS導(dǎo)通流過反向電流。,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,3）t4 t6階段，電感放電階段，電流路徑示意圖如圖5-8(c)所示。 t4 t5期間，電感電流經(jīng)VDS續(xù)流，將VTS兩端電壓箝位成零電壓，這段期間開通VTS，VT

36、S零電壓開通。這段時間電感電流iLr線性下降，iS線性增大 t5時刻，iLr下降到等于Ii，接著iLrIi， VTS導(dǎo)通給Ii提供續(xù)流通路，t6時刻，iLr下降到零，iS達到Ii,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,4）t6 t0階段，續(xù)流階段，電流路徑示

37、意圖如圖5-8(d)所示。 t6之后，VTS繼續(xù)導(dǎo)通，流過VTS的電流保持Ii不變，直到t0時，VTS關(guān)斷，完成了一個周期。 很明顯，當(dāng)Lr和Cr選定后，諧振半周期t1 t4時間固定（忽略t0 t1這段時間）。也就是說，VTS的關(guān)斷時間固定，可以通過調(diào)節(jié)VTS的導(dǎo)通時間來調(diào)節(jié)占空比，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。因此，零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器是通過脈沖頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM

38、軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,采用同樣的方法可構(gòu)成零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電壓型Buck變換器，其電路拓撲和主要工作波形如圖5-9所示,a） 電路拓撲 （b）主要工作波形 圖5-9 Buck型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器的簡化電路及主要工作波形,此外，逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)也是屬于零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器，其電路拓撲和工作波形如圖5-10所示,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.

39、2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,采用同樣的方法可構(gòu)成直流諧振環(huán)準(zhǔn)諧振變換器，其電路拓撲和主要工作波形如圖5-9所示. 一個開關(guān)周期共有2個工作階段，各階段工作過程分析如下： （1）t0 t4階段，諧振階段。 t0之前，VTS導(dǎo)通，iLr經(jīng)VTS續(xù)流，iLrIo，t0時刻，開關(guān)管VTS關(guān)斷，Lr和Cr發(fā)生諧振，iLr對Cr充電，Cr上的電壓上升,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程

40、5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,在t1時刻，uCr達到Ui，iLr達到峰值，隨后iLr繼續(xù)向Cr充電，直到t2時刻iLr = Io，uCr達到諧振峰值 接著，uCr和Lr向L放電，iLr降低，到零后反向，直到t3時刻uCr =Ui，iLr達到反向諧振峰值，開始衰減，uCr繼續(xù)下降，t4時刻，uCr = 0

41、，VTS的反并聯(lián)二極管VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,2）t4 t0階段，電感充電階段。 t4 t5階段，負載電流一部分經(jīng)VDS續(xù)流，iLr線性上升，VTS兩端電壓被箝位在零，在這段時間內(nèi)開通VTS，VTS零電壓開通，電流

42、iLr繼續(xù)線性上升，t5時刻，iLr = Io 直到t0時刻，VTS再次關(guān)斷。t4 t0階段，直流母線電壓被箝位成零，若這時逆變橋內(nèi)開關(guān)管換相，則也是零電壓開通或關(guān)斷。 缺點：電壓諧振峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器

43、,用準(zhǔn)諧振零電流開關(guān)代替Buck變換器中的開關(guān)就構(gòu)成了零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振Buck變換器，如圖5-11(a)所示，其工作波形如圖5-11(b)所示。 開關(guān)周期分為4個階段，假定在開關(guān)VTS導(dǎo)通以前，負載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，電容Cr上電壓箝位到零,a）電路拓撲,b）主要工作波形,圖5-11零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振Buck變換器電路拓撲及其工作波形,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM

44、變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,1）t0 t1階段，電感充電階段，電流路徑示意圖如圖5-12(a)所示。 t0之前，VTS不導(dǎo)通，輸出電流Io經(jīng)VD續(xù)流 t0時刻，開關(guān)管VTS開通，電感Lr充電，Lr中的電流線性上升，在t1時刻，iLr達到Io，隨后iLr分成兩部分，一部分維持負載電流，一部分給諧振電容充電，二極管VD截止,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2

45、零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,2）t1 t4階段，諧振階段，電流路徑示意圖如圖5-12(b)所

46、示。 t1時刻，輸入電流上升到Io，VD關(guān)斷，Lr和Cr開始諧振，t2時刻，uCr(t2) = Ui，iLr達到峰值 隨后iLr減小，t3時刻，iLr減小到Io，uCr達到峰值，接著Cr開始放電，直到t4時刻，iLr下降到零,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變

47、換器,3）t4 t6階段，電容放電階段，電流路徑示意圖如圖5-12(c)所示。 t4 t5期間，電容電壓高于Ui，繼續(xù)經(jīng)VD向負載放電，將VTS中的電流箝位成零，在這段期間關(guān)斷VTS，VTS將是零電流關(guān)斷。t5時刻，uCr下降到等于Ui 由于負載為電流源，uCr繼續(xù)放電，這時開關(guān)管兩端的電壓開始上升，直到t6時刻，uCr兩端電壓下降到零，uS上升到等于Ui,5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器,4）t6 t0階段，續(xù)流階段，電流路徑示意圖如圖5-12(d)所示。 t6時刻，uCr放電完，uCr = 0，輸出電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，直到t0時刻VTS再次導(dǎo)通，進入下一工作周期。 很明顯，當(dāng)Lr和Cr

48、選定后，諧振半周期t1 t4時間固定（忽略t0 t1這段時間）。也就是說，VTS的導(dǎo)通時間固定，可以通過調(diào)節(jié)VTS的關(guān)斷時間來調(diào)節(jié)占空比，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。因此，零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器也是通過脈沖頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.3 PWM軟開關(guān)變換器

49、,準(zhǔn)諧振軟開關(guān)DC/DC變換器與常規(guī)的PWM硬開關(guān)變換器相比，由于開關(guān)器件在零電壓或零電流條件下完成開通與關(guān)斷過程，電路的開關(guān)損耗大大降低；電磁干擾(EMI)大大減小；變換電路可以以更高的開關(guān)頻率工作；相應(yīng)變換器的功率密度可以大大提高等。 明顯的不足：器件可能承受過高的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力；利用PFM（Pulse Frequency Modulation）調(diào)壓，用改變開關(guān)頻率來進行控制，這使得電源的輸入濾波器、輸出濾波器的設(shè)計復(fù)雜化，并影響系統(tǒng)的噪聲。 常規(guī)的PWM變換器開關(guān)頻率恒定，當(dāng)輸入電壓或負載變化時，通常靠調(diào)節(jié)開關(guān)的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓，屬恒頻控制，控制方法簡單。 若將兩種拓撲的優(yōu)點組合

50、在一起，就形成一種新的軟開關(guān)電路拓撲PWM軟開關(guān)變換器。主要分為零開關(guān)PWM變換器、零轉(zhuǎn)換PWM變換器和移相控制軟開關(guān)PWM全橋變換器,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,在準(zhǔn)諧振軟開關(guān)DC/DC變換器中，以準(zhǔn)諧振軟開關(guān)Buck變換器為例，與常規(guī)的PWM Bu

51、ck變換器相比，電路拓撲中僅僅多了一個諧振電感和一個諧振電容。 對零電壓準(zhǔn)諧振Buck變換器，如果沒有諧振，開關(guān)管一關(guān)斷，Cr兩端的電壓很快增大到等于Ui，并維持到下一次開關(guān)管開通，開關(guān)管VTS硬開通；增加了Lr、Cr，則開關(guān)管一關(guān)斷，Lr與Cr就開始諧振，諧振結(jié)果使Cr兩端的電壓為零，并通過VDS給Lr續(xù)流使VTS（Cr）兩端電壓箝位成零，這時（圖5-9(b)的t4t5期間）開通VTS，則VTS零電壓開通。 如果在t4t5期間沒有開通VTS，t5時刻iLr(t5)=0，隨后Ui將使Cr兩端電壓快速充電至Ui，這時再開通VTS，則VTS將不是零電壓開通,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電

52、路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,若在VTS關(guān)斷之前用開關(guān)S1將Lr短接，如圖5-13(a)所示，使Lr中的電流經(jīng)S1續(xù)流保持不變，VTS關(guān)斷時，Cr兩端電壓很快充電至Ui，隨后保持不變，如圖5-13(b)所示的t1t2期間。t2時刻，S1關(guān)斷，Lr與Cr開始諧振，諧振結(jié)果使Cr兩端的電壓為零，并

53、通過VDS給Lr續(xù)流使VTS（Cr）兩端電壓箝位成零，如圖5-13(b)所示的t4t5期間，在這期間內(nèi)開通VTS，則VTS零電壓開通。這樣，如果S1的關(guān)斷時刻和VTS的開通時刻保持不變，改變VTS的關(guān)斷時刻，則可以實現(xiàn)PWM控制,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,5.3.1 零開關(guān)PWM變

54、換器,由以上分析可知，要實現(xiàn)軟開關(guān)變換器的PWM控制，只需控制Lr與Cr的諧振時刻?？刂浦C振時刻的方法就是，要么在適當(dāng)時刻先短接諧振電感，在需要諧振的時刻再斷開；要么在適當(dāng)時刻先斷開諧振電容，在需要諧振的時刻再接通。由此得到不同形式的零開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元，如圖5-14所示,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控

55、制ZVS-PWM全橋變換器,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,1）零電壓開關(guān)PWM變換器 以Buck型變換器為例，若在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電感上并接一個可控開關(guān)，就構(gòu)成了如圖5-13(a)所示的零電壓開關(guān)PWM變換器； 若在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電容上串接一個可控開關(guān)則構(gòu)成如圖5-15(a)所示的零電壓開關(guān)PWM變換器。 下面以后者為例具體分析零電壓開關(guān)PWM變換器的工作原理,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟

56、開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,圖5-15 ZVS-PWM Buck變換器拓撲及主要工作波形,圖5-13 零開關(guān)PWM變換器,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,ZVS-PWM Buck變換器的一個工作周期分為5個階段，設(shè)電路初始狀態(tài)為主開關(guān)管VTS導(dǎo)通，輔助開關(guān)管VTS1關(guān)斷，續(xù)流二極管VD關(guān)斷，輸出電流全部流過主開關(guān)管VTS和諧振電感，工作過程如下,a）諧振電容充電階段,1）t0t1階段，諧振電容充電階段，電流路徑示意圖如圖5-16(a)所示。t0時刻，開關(guān)管VTS關(guān)斷，負載電流Io通過VTS1的本體二極管給電

57、容Cr充電，Cr上的電壓線性上升，在t1時刻，uCr達到Ui，iLr開始減小，二極管VD導(dǎo)通,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,b）諧振電感放電階段,c）負載電流續(xù)流階段,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,2）t1t2階段，諧振電感放電階段，電流路徑示意圖如圖5-16(b)所示。t1時刻，二

58、極管VD導(dǎo)通，負載電流一部分經(jīng)VD續(xù)流，一部分經(jīng)諧振電感給電容充電，電感電流iLr下降，t2時刻，iLr下降到零，這時電容電壓達到峰值。 （3）t2t3階段，負載電流續(xù)流階段，電流路徑示意圖如圖5-16(c)所示。t2時刻，iLr下降到零，uCr達到峰值，隨后iLr維持零電流，uCr維持峰值電壓，直到t3時刻VTS1導(dǎo)通,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3

59、.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,d）諧振階段,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,4）t3t5階段，諧振階段，電流路徑示意圖如圖5-16(d)所示。t3時刻，VTS1導(dǎo)通，Lr，Cr開始諧振，uCr開始下降，iLr反向增大，t4時刻，uCr下降至Ui，iLr達到反向峰值；隨后iLr反向減小，uCr繼續(xù)下降，直至t5時刻，uCr下降到零。 （5）t5t6階段，iLr續(xù)流階段，電流路徑示意圖如圖5-16(e)所示。t5時刻，uCr下降到零，iLr經(jīng)VDS續(xù)流，VTS兩端電壓uCr被箝在零電壓，在這段期間開通VTS，VTS零電壓開通，t6時刻反向電流下降到零,e）iL

60、r續(xù)流階段電流,學(xué)習(xí)指導(dǎo) 5.1 概述 5.1.1功率電路的開關(guān)過程 5.1.2軟開關(guān)的特征及分類 5.1.3諧振電路的構(gòu)成及特性 5.2 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 5.2.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.2.2零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 5.3 PWM軟開關(guān)變換器 5.3.1零開關(guān)PWM變換器 5.3.2零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5.3.3移相控制ZVS-PWM全橋變換器,f）諧振電感充電階段,5.3.1 零開關(guān)PWM變換器,6）t6t7階段，諧振電感充電階段，電流路徑示意圖如圖5-16(f)所示。t6時刻，VTS在零電壓下開通，接著流過其中的電流將線性增大，直到t5時刻，iLr達到Io，VD關(guān)斷。 （5）t