第8章 諧振開關(guān)型變換器

1、1第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器電力電子學(xué)電力電子學(xué)電力電子變換和控制技術(shù)（第三版）電力電子變換和控制技術(shù)（第三版）2第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器8.1 軟開關(guān)變換器的分類8.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)*8.3 零電流開關(guān)(ZCS) PWM變換器和零電壓開關(guān)(ZVS) PWM變換器*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器*8.6 諧振直流環(huán)節(jié)逆變器3第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器8.1 軟開關(guān)變換器的分類8.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)*8.3 零電流開關(guān)(ZCS) PWM變換器和零電壓開關(guān)(ZVS) PWM

2、變換器*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器*8.6 諧振直流環(huán)節(jié)逆變器4n 硬開關(guān)的概念n 軟開關(guān)的概念n 軟開關(guān)的分類8.1 8.1 軟開關(guān)變換器的分類軟開關(guān)變換器的分類5n 硬開關(guān)的概念n軟開關(guān)的概念n軟開關(guān)的分類8.1 8.1 軟開關(guān)變換器的分類軟開關(guān)變換器的分類68.1軟開關(guān)變換器的分類導(dǎo)通截止開通開通關(guān)斷關(guān)斷功率開關(guān)管工作的幾個術(shù)語7功率開關(guān)管的硬開關(guān)工作8.1軟開關(guān)變換器的分類8減小開關(guān)損耗的方法(1) 在開關(guān)管開通時，使其電流保持在零，或者限制電流的上升率，從而 減小電流與電壓的交疊區(qū)，這就是所謂的零電流開通。(2) 在開關(guān)管開通前，使其電壓下降到

3、零，這就是所謂的零電壓開通。(3) 同時做到(1)和(2)，在這種情況下，開通損耗為零。減小開通損耗(1) 在開關(guān)管關(guān)斷前，使其電流減小到零，這就是所謂的零電流關(guān)斷。(2) 在開關(guān)管關(guān)斷時，使其電壓保持在零，或者限制電壓的上升率，從而 減小電流與電壓的交疊區(qū)，這就是所謂的零電壓關(guān)斷。(3) 同時做到(1)和(2)，在這種情況下，關(guān)斷損耗為零。減小關(guān)斷損耗8.1軟開關(guān)變換器的分類9功率開關(guān)管的軟開關(guān)工作零電流開關(guān)(Zero-Current-Switching)零電壓開關(guān)(Zero-Voltage-Switching)8.1軟開關(guān)變換器的分類10n 硬開關(guān)的概念n 軟開關(guān)的概念n 軟開關(guān)的分類8.

4、1 8.1 軟開關(guān)變換器的分類軟開關(guān)變換器的分類11開關(guān)軌跡：軟開關(guān)vs 硬開關(guān)8.1軟開關(guān)變換器的分類12n 硬開關(guān)的概念n 軟開關(guān)的概念n 軟開關(guān)的分類8.1 8.1 軟開關(guān)變換器的分類軟開關(guān)變換器的分類138.1軟開關(guān)變換器的分類諧振變換器軟開關(guān) 串聯(lián)諧振變換器(SRC) 并聯(lián)諧振變換器(PRC) 負(fù)載串聯(lián)負(fù)載并聯(lián)準(zhǔn)諧振變換器(QRC) ZCS QRCZVS QRC多諧振變換器(MRC) ZCS MRCZVS MRC零開關(guān)PWM變換器ZCS PWM變換器ZVS PWM變換器零轉(zhuǎn)換PWM變換器ZCT PWM變換器ZVT PWM變換器14第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器8.1

5、 軟開關(guān)變換器的分類8.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)*8.3 零電流開關(guān)(ZCS) PWM變換器和零電壓開關(guān)(ZVS) PWM變換器*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器*8.6 諧振直流環(huán)節(jié)逆變器15n 諧振開關(guān)n 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZCS QRCs)n零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZVS QRCs)8.2 8.2 準(zhǔn)諧振變換器準(zhǔn)諧振變換器 (QRCs)(QRCs)16n 諧振開關(guān)n 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZCS QRCs)n零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZVS QRCs)8.2 8.2 準(zhǔn)諧振變換器準(zhǔn)諧振變換器 (QRCs)(QRCs)17零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振開關(guān)Cr

6、LrQDQCrLrQ半波模式全波模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)1818全波模式半波模式零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振開關(guān)8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)19n 諧振開關(guān)n 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZCS QRCs)n零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZVS QRCs)8.2 8.2 準(zhǔn)諧振變換器準(zhǔn)諧振變換器 (QRCs)(QRCs)2020ZCS準(zhǔn)諧振變換器族(1)BuckBoostBuck-BoostCuk8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)21ForwardFlybackZCS準(zhǔn)諧振變換器族(2)8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)22全波模式Buck ZCS QRC8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)2323電感電流線性增加模

7、式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)2424諧振模式：開關(guān)管導(dǎo)通8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)2525諧振模式：反并二極管導(dǎo)通8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)2626電容線性放電模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)2727濾波電感電流續(xù)流模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)28n 諧振開關(guān)n 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZCS QRCs)n零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZVS QRCs)8.2 8.2 準(zhǔn)諧振變換器準(zhǔn)諧振變換器 (QRCs)(QRCs)2929ZVS準(zhǔn)諧振變換器族(1)BuckBoostBuck-BoostCukSQDQQDQHalf-WaveFull-Wave8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)303

8、0ZVS準(zhǔn)諧振變換器族(2)ForwardFlyback8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)SQDQQDQHalf-WaveFull-Wave3131半波模式Boost ZVS QRC8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)3232電容線性充電模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)3333諧振模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)3434電感電流線性下降模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)3535輸入電感電流續(xù)流模式8.2準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)36第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器8.1 軟開關(guān)變換器的分類8.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)*8.3 零電流開關(guān)(ZCS) PWM變換器和零電壓開關(guān)(ZVS)

9、 PWM變換器*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器*8.6 諧振直流環(huán)節(jié)逆變器37n ZCS PWM變換器n ZVS PWM變換器* *8.3 8.3 零電流開關(guān)零電流開關(guān)(ZCS) PWM(ZCS) PWM變換器和零電壓開變換器和零電壓開關(guān)關(guān)(ZVS) PWM(ZVS) PWM變換器變換器38n ZCS PWM變換器n ZVS PWM變換器* *8.3 8.3 零電流開關(guān)零電流開關(guān)(ZCS) PWM(ZCS) PWM變換器和零電壓開變換器和零電壓開關(guān)關(guān)(ZVS) PWM(ZVS) PWM變換器變換器39*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器Buc

10、k ZCS PWM變換器40電感電流線性增加模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器41諧振模式：電容充電*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器42Buck變換器的開關(guān)管導(dǎo)通模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器43諧振模式：電容放電*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器44諧振模式：電容放電*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器45電容線性放電模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器4646濾波電感續(xù)流模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器47n ZCS PWM變換器n ZVS PW

11、M變換器* *8.3 8.3 零電流開關(guān)零電流開關(guān)(ZCS) PWM(ZCS) PWM變換器和零電壓開變換器和零電壓開關(guān)關(guān)(ZVS) PWM(ZVS) PWM變換器變換器4848Boost ZVS PWM變換器*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器4949電容線性充電模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器5050諧振模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器5151Boost變換器開關(guān)管導(dǎo)通模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器5252諧振模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器5353電感電流線性下降模式*8.3

12、 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器5454輸入電感電流續(xù)流模式*8.3 ZCS PWM變換器和ZVS PWM變換器55第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器8.1 軟開關(guān)變換器的分類8.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)*8.3 零電流開關(guān)(ZCS) PWM變換器和零電壓開關(guān)(ZVS) PWM變換器*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器*8.6 諧振直流環(huán)節(jié)逆變器5656*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器Boost ZVT變換器的推導(dǎo)5757t0, t1*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器5858t1, t2*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器5959t2,

13、t3*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6060t3, t4*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6161t4, t5*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6262t5, t6*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6363t6, t7*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6464優(yōu)點：J在整個電壓和負(fù)載范圍內(nèi)均可實現(xiàn)主開關(guān)管Q1和二極管D1的 ZVS ；J主開關(guān)管Q1和二極管D1的 電壓和電流應(yīng)力與基本的變換器相同；J輔助開關(guān)管Qa為零電流開關(guān)；J輔助電路只在主開關(guān)管開通時工作一段時間，損耗很??；JPWM控制，易于優(yōu)化設(shè)計。缺點：L輔助開關(guān)管為硬關(guān)斷，存在關(guān)斷損耗。*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6565ZVT變換器族(

14、1)BuckBoostBuck-BoostCuk*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器6666ForwardFlyback*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器ZVT變換器族(2)6767第第8 8章章 諧振開關(guān)型變換器諧振開關(guān)型變換器8.1 軟開關(guān)變換器的分類8.2 準(zhǔn)諧振變換器(QRCs)*8.3 零電流開關(guān)(ZCS) PWM變換器和零電壓開關(guān)(ZVS) PWM變換器*8.4 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器*8.6 諧振直流環(huán)節(jié)逆變器68n 工作原理n 主要特性8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器69n 工作原理n 主要特性8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器70708.5

15、 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器全橋變換器7171t0之前8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器7272t0, t18.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器73t1, t28.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器74t2, t38.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器75t3, t48.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器76t4, t58.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器77t5, t68.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器78n 工作原理n 主要特性8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器798.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器為了實現(xiàn)超前橋臂的ZVS，需要有足夠的能量給關(guān)斷的開關(guān)管的結(jié)電容充電和給即將開通的開關(guān)管

16、的結(jié)電容放電。222lead1in3inleadin1122ECVC VCV這個能量由濾波電感和諧振電感提供。J由于濾波電感較大，因此超前管很容易實現(xiàn)ZVS。8080為了實現(xiàn)滯后橋臂的ZVS，需要有足夠的能量給關(guān)斷的開關(guān)管的結(jié)電容充電和給即將開通的開關(guān)管的結(jié)電容放電。這個能量由諧振電感提供。J 諧振電感較小，其能量比濾波電感小得多，因此滯后橋臂實現(xiàn)ZVS相對超前橋臂困難一些。222lag2in4inlagin1122EC VC VC V8.5 移相控制零電壓開關(guān)全橋變換器81812636losssslkLf3Lf6inslkOins222( )( )/4ttDTTLItItKVTLIK VTpLr越大，Dloss越大；p負(fù)載電流IO越大，Dloss越大；p輸入電壓Vin越低，Dloss越大。 8