電力電子技術(shù) 軟開關(guān)技術(shù)

1、精選ppt1第第8章章 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù) 8.1 8.1 軟開關(guān)的基本概念軟開關(guān)的基本概念 8.2 8.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類 8.3 8.3 典型的軟開關(guān)電路典型的軟開關(guān)電路 8.4 8.4 軟開關(guān)技術(shù)新進(jìn)展軟開關(guān)技術(shù)新進(jìn)展 本章小結(jié)本章小結(jié)精選ppt2引言引言現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化小型化、輕量化輕量化，同時，同時對裝置的對裝置的效率效率和和電磁兼容性電磁兼容性也提出了更高的要求。也提出了更高的要求。電力電子電路的高頻化電力電子電路的高頻化 可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝置

2、小型化、輕量化。置小型化、輕量化。 開關(guān)損耗增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾增大。開關(guān)損耗增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾增大。 軟開關(guān)技術(shù)軟開關(guān)技術(shù) 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。 使開關(guān)頻率可以大幅度提高。使開關(guān)頻率可以大幅度提高。精選ppt38.1 軟開關(guān)的基本概念軟開關(guān)的基本概念 8.1.1 硬開關(guān)與軟開關(guān)硬開關(guān)與軟開關(guān) 8.1.2 零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)精選ppt48.1.1 硬開關(guān)與軟開關(guān)硬開關(guān)與軟開關(guān)硬開關(guān)硬開關(guān) 開關(guān)過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關(guān)過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關(guān)損耗開關(guān)損耗。 電壓和電

3、流變化的速度很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，從而產(chǎn)生了電壓和電流變化的速度很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，從而產(chǎn)生了開關(guān)開關(guān)噪聲噪聲。 開關(guān)損耗與開關(guān)損耗與開關(guān)頻率開關(guān)頻率之間呈線性關(guān)系，因此當(dāng)硬電路的工作頻率不太高之間呈線性關(guān)系，因此當(dāng)硬電路的工作頻率不太高時，開關(guān)損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)損耗就時，開關(guān)損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)損耗就越來越顯著。越來越顯著。 圖圖8-1 硬開關(guān)降壓型電路及波形硬開關(guān)降壓型電路及波形a）電路圖）電路圖 b）理想化波形）理想化波形 t0uiP0uituuiiP00圖圖8-2 硬開關(guān)過程中的電壓和電流硬開關(guān)過程中的電壓

4、和電流a) 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 b)開通過程開通過程a)b)精選ppt58.1.1 硬開關(guān)與軟開關(guān)硬開關(guān)與軟開關(guān)軟開關(guān)軟開關(guān) 軟開關(guān)電路中增加了軟開關(guān)電路中增加了諧振電感諧振電感Lr和和諧振電容諧振電容Cr，與濾波電感，與濾波電感L、電容、電容C相相比，比，Lr和和Cr的值小得多，同時開關(guān)的值小得多，同時開關(guān)S增加了增加了反并聯(lián)二極管反并聯(lián)二極管VDS，而硬開關(guān)電路，而硬開關(guān)電路中不需要這個二極管。中不需要這個二極管。 降壓型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路中，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)開降壓型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路中，在開關(guān)過程前后引入諧振，使開關(guān)開通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，消除了開關(guān)過程中

5、通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，消除了開關(guān)過程中電壓、電流的電壓、電流的重疊重疊，從而大大減小甚至消除開關(guān)損耗，同時，諧振過程限值了開關(guān)過程中，從而大大減小甚至消除開關(guān)損耗，同時，諧振過程限值了開關(guān)過程中電壓和電流的變化率電壓和電流的變化率，這使得開關(guān)噪聲也顯著減小。，這使得開關(guān)噪聲也顯著減小。 Pui0uitt0uiP0uitt0uu圖圖8-3 降壓型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形降壓型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及波形a）電路圖）電路圖 b）理想化波形）理想化波形a)b)圖圖8-4 軟開關(guān)過程中的電壓和電流軟開關(guān)過程中的電壓和電流a) 關(guān)斷過程關(guān)斷過程 b)開通過程開通過程 精選ppt68.1.

6、2 零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)零電壓開通零電壓開通 開關(guān)開通前其開關(guān)開通前其兩端電壓為零兩端電壓為零，則開通時不會產(chǎn)生損耗和，則開通時不會產(chǎn)生損耗和噪聲。噪聲。零電流關(guān)斷零電流關(guān)斷 開關(guān)關(guān)斷前其開關(guān)關(guān)斷前其電流為零電流為零，則關(guān)斷時不會產(chǎn)生損耗和噪聲。，則關(guān)斷時不會產(chǎn)生損耗和噪聲。零電壓關(guān)斷零電壓關(guān)斷 與開關(guān)與開關(guān)并聯(lián)的電容并聯(lián)的電容能延緩開關(guān)關(guān)斷后能延緩開關(guān)關(guān)斷后電壓上升的速率電壓上升的速率，從而降低關(guān)斷損耗。從而降低關(guān)斷損耗。零電流開通零電流開通 與開關(guān)與開關(guān)串聯(lián)的電感串聯(lián)的電感能延緩開關(guān)開通后能延緩開關(guān)開通后電流上升的速率電流上升的速率，降低了開通損耗。降低了開通損耗。

7、在很多情況下，不再指出開通或關(guān)斷，僅稱零電壓開關(guān)在很多情況下，不再指出開通或關(guān)斷，僅稱零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)。和零電流開關(guān)。 精選ppt78.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類 根據(jù)電路中主要的開關(guān)元件是零電壓開通還是根據(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)電路分成零電流關(guān)斷，可以將軟開關(guān)電路分成零電壓電路零電壓電路和和零電流電路零電流電路兩大類，個別電路中，有些開關(guān)是兩大類，個別電路中，有些開關(guān)是零電壓開通的，另一些開關(guān)是零電流關(guān)斷的。零電壓開通的，另一些開關(guān)是零電流關(guān)斷的。 根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可以將軟開關(guān)電路根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展

8、的歷程可以將軟開關(guān)電路分成分成準(zhǔn)諧振電路準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)零開關(guān)PWM電路電路和和零轉(zhuǎn)換零轉(zhuǎn)換PWM電路電路。 精選ppt88.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類圖圖 8-5 準(zhǔn)諧振電路準(zhǔn)諧振電路a）零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路）零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 b）零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路）零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 c）零電壓開關(guān)多諧振電路）零電壓開關(guān)多諧振電路 準(zhǔn)諧振電路準(zhǔn)諧振電路 分類分類 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant ConverterZVS QRC） 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（Zero-Current-

9、Switching Quasi-Resonant ConverterZCS QRC） 零電壓開關(guān)多諧振電路（零電壓開關(guān)多諧振電路（Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant ConverterZVS MRC） 用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（Resonant DC Link） 精選ppt98.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波正弦半波，因此稱之，因此稱之為為準(zhǔn)諧振準(zhǔn)諧振。 開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降，也有一些負(fù)面問題開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降，也有一些負(fù)面問題 諧振諧振

10、電壓峰值電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高。很高，要求器件耐壓必須提高。 諧振諧振電流的有效值電流的有效值很大，電路中存在大量的很大，電路中存在大量的無功功率無功功率的交換的交換，造成電路導(dǎo)通損耗加大。，造成電路導(dǎo)通損耗加大。 諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，因此電路只諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，因此電路只能采用能采用脈沖頻率調(diào)制脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency ModulationPFM）方式來控制，變頻的開關(guān)頻率給電路設(shè)計帶來困）方式來控制，變頻的開關(guān)頻率給電路設(shè)計帶來困難。難。 精選ppt108.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類圖圖8-6 零開關(guān)零開關(guān)PWM電

11、路電路a）零電壓開關(guān)）零電壓開關(guān)PWM電路電路 b）零電流開關(guān)）零電流開關(guān)PWM電路電路 零開關(guān)零開關(guān)PWM電路電路 電路中引入了電路中引入了輔助開關(guān)輔助開關(guān)來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。前后。 分類分類 零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)PWM電路（電路（Zero-Voltage-Switching PWM ConverterZVS PWM） 零電流開關(guān)零電流開關(guān)PWM電路（電路（Zero-Current-Switching PWM ConverterZCS PWM） 同準(zhǔn)諧振電路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢：電壓和電流基本上是方同準(zhǔn)諧振電

12、路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢：電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)開關(guān)頻率固定的頻率固定的PWM控制方式控制方式。 精選ppt118.2 軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)電路的分類圖圖 8-7 零轉(zhuǎn)換零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元電路的基本開關(guān)單元a）零電壓轉(zhuǎn)換）零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元電路的基本開關(guān)單元 b）零電流轉(zhuǎn)換）零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元電路的基本開關(guān)單元零轉(zhuǎn)換零轉(zhuǎn)換PWM電路電路 電路中采用電路中采用輔助開關(guān)輔助開關(guān)控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路

13、是與控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)主開關(guān)并聯(lián)并聯(lián)的，因此輸入電壓和負(fù)載電流對電路的諧振過程的影響很小，電的，因此輸入電壓和負(fù)載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)和從零負(fù)載到滿載從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，而且都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，而且電路中電路中無功功率的交換無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。 分類分類 零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路（電路（Zero-Voltage-Transition PWM ConverterZVT PWM） 零電流轉(zhuǎn)換零電流轉(zhuǎn)

14、換PWM電路（電路（Zero-Current Transition PWM ConverterZVT PWM） 精選ppt128.3 典型的軟開關(guān)電路典型的軟開關(guān)電路 8.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 8.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán) 8.3.3 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路電路 8.3.4 零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路電路精選ppt138.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖圖8-8 零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖準(zhǔn)諧振電路原理圖零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路 假設(shè)假設(shè)電感電感L和和電容電容C很大，可以等效為很大，可以

15、等效為電流源電流源和和電壓源電壓源，并忽略電，并忽略電路中的路中的損耗損耗。 開關(guān)電路的工作過程是按開關(guān)電路的工作過程是按開關(guān)周期開關(guān)周期重復(fù)的，在分析時可以選擇開重復(fù)的，在分析時可以選擇開關(guān)周期中任意時刻為分析的起點，選擇關(guān)周期中任意時刻為分析的起點，選擇合適的起點合適的起點，可以使分析得到，可以使分析得到簡化。簡化。 精選ppt148.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路SS (uC r)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖圖8-9 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形 圖圖8-10 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧

16、振電路在電路在t0t1時段等效電路時段等效電路圖圖8-8 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖工作過程工作過程 選擇開關(guān)選擇開關(guān)S的關(guān)斷時刻的關(guān)斷時刻為分析的起點。為分析的起點。 t0t1時段：時段：t0之前，之前，S導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD為斷態(tài)，為斷態(tài)，uCr=0，iLr=IL，t0時刻時刻S關(guān)斷，關(guān)斷，Cr使使S關(guān)斷后關(guān)斷后電壓上升減緩，因此電壓上升減緩，因此S的關(guān)斷損耗減小，的關(guān)斷損耗減小，S關(guān)斷后，關(guān)斷后，VD尚未導(dǎo)通，電路可以等效為圖尚未導(dǎo)通，電路可以等效為圖8-10；Lr+L向向Cr充電，充電，L等效為電流源等效為電流源，uCr線性上升，同時線性上升，同時VD兩端電壓兩端

17、電壓uVD逐漸下降，逐漸下降，直到直到t1時刻，時刻，uVD=0，VD導(dǎo)通，這一時段導(dǎo)通，這一時段uCr的上升率為的上升率為 rrddCItuLC(8-1)精選ppt158.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖圖8-8 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖SS (uC r)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖圖8-9 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形 圖圖8-11 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在電路在t1t2時段等效電路時段等效電路t1t2時段：時段：t1時刻時刻VD導(dǎo)通，導(dǎo)通，L通過通過

18、VD續(xù)續(xù)流，流，Cr、Lr、Ui形成諧振回路形成諧振回路，如圖，如圖8-11所示；諧振過程中，所示；諧振過程中，Lr對對Cr充電，充電，uCr不斷不斷上升，上升，iLr不斷下降，直到不斷下降，直到t2時刻，時刻，iLr下降下降到零，到零，uCr達(dá)到達(dá)到諧振峰值諧振峰值。t2t3時段：時段：t2時刻后，時刻后，Cr向向Lr放電，放電，iLr改改變方向，變方向，uCr不斷下降，直到不斷下降，直到t3時刻，時刻，uCr=Ui，這時，這時，uLr=0，iLr達(dá)到達(dá)到反向諧振峰反向諧振峰值值。t3t4時段：時段：t3時刻以后，時刻以后，Lr向向Cr反向充反向充電，電，uCr繼續(xù)下降，直到繼續(xù)下降，直到t

19、4時刻時刻uCr=0。精選ppt168.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖圖8-8 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖SS (uC r)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖圖8-9 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形 t1到到t4時段電路諧振過程的方程為時段電路諧振過程的方程為 ,dddd41rirrrrirrr11tttIiUuituCUutiLLttLttCLCCL(8-2)t4t5時段：時段：uCr被箝位于零，被箝位于零，uLr=Ui，iLr線性衰減，直到線性衰減，直到t5時刻，時刻，iL

20、r=0。由于。由于這一時段這一時段S兩端電壓為零兩端電壓為零，所以必須在，所以必須在這一時段使開關(guān)這一時段使開關(guān)S開通，才不會產(chǎn)生開通，才不會產(chǎn)生開開通損耗通損耗。 t5t6時段：時段：S為通態(tài)，為通態(tài)，iLr線性上升，直線性上升，直到到t6時刻，時刻，iLr=IL，VD關(guān)斷。關(guān)斷。t4到到t6時段電流時段電流iLr的變化率為的變化率為 rirddLUtiLt6t0時段：時段：S為通態(tài)，為通態(tài)，VD為斷態(tài)。為斷態(tài)。 (8-3)精選ppt178.3.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路諧振過程是軟開關(guān)電路工作過程中最重要的部分，諧振過程中的基本數(shù)量諧振過程是軟開關(guān)電路工作過程中最重要的部

21、分，諧振過程中的基本數(shù)量關(guān)系為關(guān)系為 uCr（即開關(guān)（即開關(guān)S的電壓的電壓uS）的表達(dá)式）的表達(dá)式 ,1,)(sin)(41rrri1rrrrtttCLUttICLtuLC t1,t4上的最大值即上的最大值即uCr的諧振峰值的諧振峰值，就是開關(guān)，就是開關(guān)S承受的峰值電壓承受的峰值電壓，表達(dá)式，表達(dá)式為為 irrpUICLUL零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路實現(xiàn)軟開關(guān)的條件零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路實現(xiàn)軟開關(guān)的條件 irrUICLL如果正弦項的幅值小于如果正弦項的幅值小于Ui，uCr就不可能諧振到零，就不可能諧振到零，S也就不可能實現(xiàn)零電也就不可能實現(xiàn)零電壓開通。壓開通。 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的缺點：諧振電壓峰值

22、將高于輸入電壓零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的缺點：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的的2倍倍，開，開關(guān)關(guān)S的耐壓必須相應(yīng)提高，這增加了電路的成本，降低了可靠性。的耐壓必須相應(yīng)提高，這增加了電路的成本，降低了可靠性。 精選ppt188.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán)圖圖8-12 諧振直流環(huán)電路原理圖諧振直流環(huán)電路原理圖圖圖8-13 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)諧振直流環(huán) 應(yīng)用于交流應(yīng)用于交流-直流直流-交流變換電路的交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)（中間直流環(huán)節(jié)（DC-Link），通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流或逆變環(huán)節(jié)工作在軟開通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流或逆

23、變環(huán)節(jié)工作在軟開關(guān)的條件下。關(guān)的條件下。 圖圖8-12中，輔助開關(guān)中，輔助開關(guān)S使逆變橋中所有的開關(guān)工作在零電壓開通的使逆變橋中所有的開關(guān)工作在零電壓開通的條件下，實際電路中開關(guān)條件下，實際電路中開關(guān)S可以不需要，可以不需要，S的開關(guān)動作用逆變電路中開的開關(guān)動作用逆變電路中開關(guān)的直通與關(guān)斷來代替。關(guān)的直通與關(guān)斷來代替。 電壓型逆變器的負(fù)載通常為電壓型逆變器的負(fù)載通常為感性感性，而且在諧振過程中逆變電路的，而且在諧振過程中逆變電路的開關(guān)狀態(tài)是不變的，負(fù)載電流視為常量。開關(guān)狀態(tài)是不變的，負(fù)載電流視為常量。 精選ppt198.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán)圖圖8-13 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流

24、環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖圖8-14 諧振直流環(huán)電路的理想化波形諧振直流環(huán)電路的理想化波形工作過程工作過程 以開關(guān)以開關(guān)S關(guān)斷時刻關(guān)斷時刻為起點。為起點。 t0t1時段：時段：t0之前，之前，iLr大于大于IL，S導(dǎo)通，導(dǎo)通，t0時刻時刻S關(guān)斷，關(guān)斷，電路電路中發(fā)生諧振中發(fā)生諧振，因為，因為iLrIL，因此，因此iLr對對Cr充電，充電，uCr不斷升高，直不斷升高，直到到t1時刻，時刻，uCr=Ui。 t1t2時段：時段：t1時刻由于時刻由于uCr=Ui，ULr=0，因此諧振電流，因此諧振電流iLr達(dá)到達(dá)到峰值峰值，t1以后，以后，iLr繼續(xù)向繼續(xù)

25、向Cr充電并不斷減小，而充電并不斷減小，而uCr進(jìn)一進(jìn)一步升高，直到步升高，直到t2時刻時刻iLr=IL，uCr達(dá)到達(dá)到諧振峰值諧振峰值。 精選ppt208.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán) t2t3時段：時段：t2以后，以后，uCr向向Lr和和IL放電，放電，iLr繼續(xù)降低，到零后反向，繼續(xù)降低，到零后反向，Cr繼續(xù)向繼續(xù)向Lr放電，放電，iLr反向增加，反向增加，直到直到t3時刻時刻uCr=Ui。 t3t4時段：時段：t3時刻，時刻，uCr=Ui，iLr達(dá)到達(dá)到反向諧振峰值反向諧振峰值，然后，然后iLr開始開始衰減，衰減，uCr繼續(xù)下降，直到繼續(xù)下降，直到t4時刻，時刻，uCr=0，VDS導(dǎo)通

26、，導(dǎo)通，uCr被箝位于被箝位于零零。 t4t0時段：時段：S導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流iLr線性線性上升上升，直到，直到t0時刻，時刻，S再次關(guān)斷。再次關(guān)斷。諧振直流環(huán)電路中電壓諧振直流環(huán)電路中電壓uCr的諧振的諧振峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。壓的要求。圖圖8-13 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖圖8-14 諧振直流環(huán)電路的理想化波形諧振直流環(huán)電路的理想化波形精選ppt218.3.3 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路電路圖圖8-15 移相全橋零電壓開關(guān)移相全橋零電壓開關(guān)P

27、WM電路電路 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路電路 電路簡單，僅僅增加了一個電路簡單，僅僅增加了一個諧振電諧振電感感，就使電路中四個開關(guān)器件都在零電，就使電路中四個開關(guān)器件都在零電壓的條件下開通。壓的條件下開通。 控制方式的特點控制方式的特點 在一個開關(guān)周期在一個開關(guān)周期TS內(nèi)，每一個開內(nèi)，每一個開關(guān)導(dǎo)通的時間都關(guān)導(dǎo)通的時間都略小于略小于TS/2，而關(guān)斷的，而關(guān)斷的時間都時間都略大于略大于TS/2。 同一個半橋中上下兩個開關(guān)不同同一個半橋中上下兩個開關(guān)不同時處于通態(tài)，每一個開關(guān)關(guān)斷到另一個時處于通態(tài)，每一個開關(guān)關(guān)斷到另一個開關(guān)開通都要經(jīng)過一定的開關(guān)開通都要經(jīng)過一定的死區(qū)時間死

28、區(qū)時間。 互為對角的兩對開關(guān)互為對角的兩對開關(guān)S1-S4和和S2-S3，S1的波形比的波形比S4超前超前0TS/2時間，而時間，而S2的波的波形比形比S3超前超前0TS/2時間，因此稱時間，因此稱S1和和S2為為超前的橋臂超前的橋臂，而稱，而稱S3和和S4為為滯后的橋臂滯后的橋臂。精選ppt228.3.3 移相全橋型零電壓開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路電路S1S3S4S2uA BuL riL ruT 1uRiV D 1iV D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOOiLriLkT:1CS1S4LrLVD1UiUo+CS2V

29、DS2AR圖圖8-16 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形圖圖8-17 移相全橋電路在移相全橋電路在t1t2階段的等效電路圖階段的等效電路圖工作過程工作過程 t0t1時段：時段：S1與與S4都導(dǎo)通，直都導(dǎo)通，直到到t1時刻時刻S1關(guān)斷。關(guān)斷。 t1t2時段：時段：t1時刻時刻S1關(guān)斷后，關(guān)斷后，C1、C2與與Lr、L構(gòu)成諧振回路構(gòu)成諧振回路，如，如圖圖8-17所示，諧振開始時所示，諧振開始時uA(t1)=Ui，在諧振過程中，在諧振過程中，uA不斷下降，直到不斷下降，直到uA=0，VDS2導(dǎo)通，導(dǎo)通，iLr通過通過VDS2續(xù)續(xù)流。流。 精選ppt238.3.3 移相全橋型零電壓開關(guān)

30、移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路電路S1S3S4S2uA BuL riL ruT 1uRiV D 1iV D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO圖圖8-16 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形iLriLCS3S2LrLVD1UiUo+CS4VDS3VD2BR圖圖8-18 移相全橋電路在移相全橋電路在t3t4階段的等效電路階段的等效電路 t2t3時段：時段：t2時刻時刻S2開通，由于開通，由于VDS2導(dǎo)通，導(dǎo)通，因此因此S2開通時電壓為零，開通過程中不會開通時電壓為零，開通過程中不會產(chǎn)生開關(guān)損耗產(chǎn)生開關(guān)損耗，S2

31、開通后，電路狀態(tài)也不開通后，電路狀態(tài)也不會改變，繼續(xù)保持到會改變，繼續(xù)保持到t3時刻時刻S4關(guān)斷。關(guān)斷。t3t4時段：時段：t4時刻開關(guān)時刻開關(guān)S4關(guān)斷后，電路的關(guān)斷后，電路的狀態(tài)變?yōu)閳D狀態(tài)變?yōu)閳D8-18所示，這時所示，這時C3、C4與與Lr構(gòu)構(gòu)成諧振回路成諧振回路，諧振過程中，諧振過程中iLr不斷減小，不斷減小，B點電壓不斷上升，直到點電壓不斷上升，直到VDS3導(dǎo)通；這種狀導(dǎo)通；這種狀態(tài)維持到態(tài)維持到t4時刻時刻S3開通，開通，S3開通時開通時VDS3導(dǎo)導(dǎo)通，因此通，因此S3是在零電壓的條件下開通，開是在零電壓的條件下開通，開通損耗為零通損耗為零。 精選ppt248.3.3 移相全橋型零電壓

32、開關(guān)移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路電路S1S3S4S2uA BuL riL ruT 1uRiV D 1iV D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO圖圖8-16 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形圖圖8-15 移相全橋零電壓開關(guān)移相全橋零電壓開關(guān)PWM電路電路 t4t5時段：時段：S3開通后，開通后，iLr繼續(xù)減小，繼續(xù)減小，下降到零后反向，再不斷增大，直下降到零后反向，再不斷增大，直到到t5時刻時刻iLr=IL/kT，iVD1下降到零而關(guān)下降到零而關(guān)斷，電流斷，電流IL全部轉(zhuǎn)移到全部轉(zhuǎn)移到VD2中。中。 t0

33、t5時段正好是開關(guān)周期的一半，時段正好是開關(guān)周期的一半，而在另一半開關(guān)周期而在另一半開關(guān)周期t5t0時段中，電時段中，電路的工作的過程與路的工作的過程與t0t5時段完全對稱。時段完全對稱。 精選ppt258.3.4 零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路電路圖圖8-19 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖電路的原理圖零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路電路 具有電路簡單、效率高等優(yōu)點，廣泛用于功率因數(shù)校正電路具有電路簡單、效率高等優(yōu)點，廣泛用于功率因數(shù)校正電路（PFC）、）、DC-DC變換器、斬波器等。變換器、斬波器等。 以升壓電路為例，在分析中假設(shè)以升壓電路為例，在分析中假設(shè)電感電感L、電

34、容電容C很大，可以忽略電很大，可以忽略電流和輸出電壓的波動，在分析中還忽略元件與線路中的損耗。流和輸出電壓的波動，在分析中還忽略元件與線路中的損耗。 在零電壓轉(zhuǎn)換在零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路中，輔助開關(guān)電路中，輔助開關(guān)S1超前于主開關(guān)超前于主開關(guān)S開通，而開通，而S開通后開通后S1就關(guān)斷了，主要的諧振過程都集中在就關(guān)斷了，主要的諧振過程都集中在S開通前后。開通前后。 LSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR精選ppt268.3.4 零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路電路SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO圖圖8-20 升壓

35、型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的理想電路的理想化波形化波形 LS1LriLrUiILCrVDS圖圖 8-21 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路在電路在t1t2時段的等效電路時段的等效電路LSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR圖圖8-19 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖電路的原理圖 工作過程工作過程 t0t1時段：輔助開關(guān)先于主開關(guān)開通，由時段：輔助開關(guān)先于主開關(guān)開通，由于此時于此時VD尚處于通態(tài)，所以尚處于通態(tài)，所以uLr=Uo，iLr按線按線性迅速增長性迅速增長，iVD以同樣的速率下降以同樣的速率下降，直到，直到t1時時刻，刻，i

36、Lr=IL，iVD下降到零，二極管自然關(guān)斷。下降到零，二極管自然關(guān)斷。 t1t2時段：此時電路可以等效為圖時段：此時電路可以等效為圖8-21，Lr與與Cr構(gòu)成諧振回路構(gòu)成諧振回路，由于，由于L很大，諧振過程很大，諧振過程中其電流基本不變，對諧振影響很小，可以忽中其電流基本不變，對諧振影響很小，可以忽略；諧振過程中略；諧振過程中iLr增加而增加而uCr下降，下降，t2時刻時刻uCr降降到零，到零，VDS導(dǎo)通，導(dǎo)通，uCr被箝位于零，而被箝位于零，而iLr保持不保持不變。變。精選ppt278.3.4 零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路電路SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOOLSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR圖圖8-19 升壓型零電壓轉(zhuǎn)換升壓型零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的原理圖電路的