《諧振直直變換器》PPT課件

1、電力電子技術(shù)PowerElectronics諧振直直變換器,在DC-DC變換電路中加入諧振電感與電容，在運(yùn)行中出現(xiàn)諧振工作模式，即，流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流與作用在開(kāi)關(guān)兩端的電壓波形（部分地）成為正弦波，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的零電壓/電流的通斷。,整個(gè)開(kāi)關(guān)周期均為諧振拓?fù)渲C振變換器；只是開(kāi)關(guān)周期的一部份準(zhǔn)諧振變換器。零電流開(kāi)關(guān)保證開(kāi)關(guān)在零電流條件下斷開(kāi)。零電壓開(kāi)關(guān)保證開(kāi)關(guān)在零電壓條件下導(dǎo)通。,電流諧振開(kāi)關(guān)與電壓諧振開(kāi)關(guān),電流諧振開(kāi)關(guān)拓?fù)浞郑喊氩ㄅc全波電流開(kāi)關(guān)兩種,在電流諧振開(kāi)關(guān)中L與開(kāi)關(guān)S串聯(lián)，開(kāi)關(guān)在零電流時(shí)通斷。在零電流諧振開(kāi)關(guān)中寄生電感可作為諧振元件的一部分并可降低開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電壓峰值。流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流為部分正弦

2、電流（準(zhǔn)諧振）。電流諧振開(kāi)關(guān)的基本工作模式：初始條件是開(kāi)關(guān)穩(wěn)定斷開(kāi)，續(xù)流二極管D續(xù)流。諧振電容C上電壓等于電源電壓。,由于二極管的作用，開(kāi)關(guān)中的電流只能是單向的，稱(chēng)為半波開(kāi)關(guān)；而等效開(kāi)關(guān)電流是雙向的稱(chēng)為全波開(kāi)關(guān)。,模式1：當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，諧振電感L上的電壓為電源電壓，L中的電流線性增長(zhǎng)。但只有當(dāng)電感電流等于負(fù)載電流，D才會(huì)截止。這種模式稱(chēng)電感充電模式。,1,1,2,2,3,3,4,4,模式2：當(dāng)電感電流達(dá)到負(fù)載電流，D截止，C與L并聯(lián)諧振。開(kāi)關(guān)中除流過(guò)負(fù)載電流外還流過(guò)LC振蕩電流。振蕩電流按正弦規(guī)律增大。過(guò)峰值后振蕩電流變小，然后再反振。此時(shí)開(kāi)關(guān)中的電流為io與ic之差。該模式稱(chēng)諧振模式。,半波

3、模式：當(dāng)ic反振到io時(shí)，D使電流不能反向流動(dòng)，開(kāi)關(guān)在電流為零后自動(dòng)截止。由于開(kāi)關(guān)與D均截止，io經(jīng)C流向負(fù)載。因流過(guò)等效開(kāi)關(guān)的是單向的，稱(chēng)半波模式。,模式3：由于io經(jīng)C流動(dòng)，C上電壓線性增高。當(dāng)其上的電壓為輸入電源電壓，D反壓解除續(xù)流。這稱(chēng)電容充電模式。,模式4：續(xù)流管通，電容電壓等于電源電壓。,為保證電路的正確工作，Q的開(kāi)通信號(hào)必須在VC過(guò)零前撤消。DR兩端的電壓平均值是負(fù)載的平均電壓。,全波模式：如果是全波開(kāi)關(guān)則振蕩過(guò)程如圖。Ic反振使Q中電流為零，Ic繼續(xù)增大，D導(dǎo)通。直到振蕩電流為零。由于D是開(kāi)關(guān)的一部份，所以開(kāi)關(guān)電流是雙向的這稱(chēng)為全波模式。,當(dāng)振蕩電流為零D斷開(kāi)，電路進(jìn)入C恒流充

4、電模式。,諧振電容與續(xù)流管并聯(lián)也可得到零電流開(kāi)關(guān)。為方便敘述，對(duì)所使用的符號(hào)進(jìn)行如下定義：,零電流開(kāi)關(guān)的另一種結(jié)構(gòu)方式,特征阻抗,諧振角頻率,狀態(tài)1T0，T1當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，L上電壓為電源電壓，于是iL從零線性升高,續(xù)流管電流線性下降。,狀態(tài)方程：,邊界條件：,狀態(tài)2T1，T2續(xù)流管截止，電感與電容產(chǎn)生諧振。,狀態(tài)方程：,初始條件：,由上式求解狀態(tài)方程，得:,為實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)，反振電流必須大于開(kāi)關(guān)電流。零電流開(kāi)關(guān)的條件是：,半波模式零電流開(kāi)關(guān)，電感電流變到零時(shí)由于二極管的阻斷，諧振狀態(tài)結(jié)束，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，電路轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)。,對(duì)全波模式零電流開(kāi)關(guān),注意到反振電流可通過(guò)反并二極管流動(dòng)。當(dāng)電容電流越過(guò)峰值、

5、再次等于負(fù)載電流時(shí)，電感電流為零。諧振狀態(tài)結(jié)束。,諧振狀態(tài)的時(shí)間：,半波時(shí),全波時(shí),狀態(tài)3T2，T3電容向負(fù)載放電，電容電壓線性下降。,狀態(tài)方程：,電容兩端電壓：,當(dāng)電容電壓下降到零，DR導(dǎo)通，電路轉(zhuǎn)到下一個(gè)狀態(tài)。,狀態(tài)3持續(xù)的時(shí)間是:,狀態(tài)4T3，T4整流二極管導(dǎo)通。電容C上電壓被鉗位到零。開(kāi)關(guān)S兩端的電壓為電源電壓，此狀態(tài)一直持續(xù)到下一次開(kāi)關(guān)導(dǎo)通為止。,在一個(gè)周期中，電源發(fā)出的能量是電感電流(參見(jiàn)電路圖)與電源電壓之積的平均值；負(fù)載吸收的能量是電阻上消耗的能量。電容上的電壓的平均值是輸出電壓的平均值。所以:,輸出平均電壓：,電壓變比：,開(kāi)關(guān)電流與電壓的峰值：,電流諧振開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)：開(kāi)關(guān)通斷均

6、發(fā)生在零電流時(shí)刻，降低了開(kāi)關(guān)損耗。負(fù)載電流必須小于US/Z，否則開(kāi)關(guān)要強(qiáng)迫關(guān)斷一定的電流。在給定的工作頻率下，輸出電壓隨著負(fù)載電流的增大而減小要提高輸出電壓可通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。全波方式改善了輸出電壓對(duì)負(fù)載的依賴性。開(kāi)關(guān)電流峰值明顯高于負(fù)載電流，增大了導(dǎo)通損耗。當(dāng)主開(kāi)關(guān)有寄生電容時(shí)，將產(chǎn)生導(dǎo)通損耗。,與電流諧振開(kāi)關(guān)相對(duì)偶，有電壓諧振開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)在零電壓處通斷。簡(jiǎn)稱(chēng)ZVS。在電壓諧振開(kāi)關(guān)（零電壓開(kāi)關(guān)）中，開(kāi)關(guān)本身的寄生電容作為諧振電路的一部分，可完全消除開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的電流峰值與斷開(kāi)時(shí)的電壓峰值。,零電壓準(zhǔn)諧振變換器,電壓諧振開(kāi)關(guān)也分為半波與全波兩種，如圖示,零電壓準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)變換器初始條件：開(kāi)關(guān)穩(wěn)

7、定導(dǎo)通，負(fù)載電流經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)諧振電感負(fù)載流動(dòng)。電容上電壓被開(kāi)關(guān)鉗位到零。負(fù)載電流是常數(shù)，二極管截止。,電路的工作過(guò)程如下：,模式1T0，T1開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，諧振電感L中的電流（負(fù)載電流）經(jīng)諧振電容C流動(dòng)。VC直線上升。當(dāng)VC等于VS，此模式結(jié)束。稱(chēng)電容充電模式。,模式2T1，T2當(dāng)VC等于VS后，DR開(kāi)始導(dǎo)通，C與L串聯(lián)諧振。隨著C上電壓的升高，振蕩電流變小。當(dāng)VC達(dá)到最大值時(shí)，電感電流為零。,緊接著，電容經(jīng)VS反向振蕩，VC變小。當(dāng)VC再次等于VS時(shí)，反振電流最大。當(dāng)VC等于零時(shí)，（此時(shí)反振電流不為零）此模式結(jié)束。,半波模式：模式2T2，T3當(dāng)電容電壓等于零后，與開(kāi)關(guān)并聯(lián)的二極管導(dǎo)通。電感電流改經(jīng)二極

8、管流動(dòng)。由于諧振電感上的電壓為電源電壓，所以，電流按直線規(guī)律變化，反向電流線性變小直到零。,隨后，在VS作用下，開(kāi)關(guān)電流線性變大。當(dāng)IL等于負(fù)載電流時(shí)，DR截止。此狀態(tài)結(jié)束。顯然開(kāi)關(guān)兩端的電壓是單向的（半波模式）。這稱(chēng)電感充放電模式。,模式4T3，T4開(kāi)關(guān)穩(wěn)定導(dǎo)通，負(fù)載電流流過(guò)開(kāi)關(guān)。電容電壓被開(kāi)關(guān)鉗位到零。,全波模式：模式2T2，T3前邊的過(guò)程與半波相同。LC經(jīng)電源反振，使VC反向。反振電流到零，電容反壓達(dá)到最大。電容反壓使開(kāi)關(guān)不能導(dǎo)通，LC正向振蕩。當(dāng)VC到零開(kāi)關(guān)反壓解除，開(kāi)關(guān)Q導(dǎo)通。,然后是電感充電與穩(wěn)定導(dǎo)通，見(jiàn)前。,對(duì)零電壓開(kāi)關(guān)四種狀態(tài)定量分析：,狀態(tài)1t0，t1電容初值為零，流過(guò)電容的

9、電流為負(fù)載電流（半波、全波模式相同）。,狀態(tài)1所需時(shí)間：,結(jié)束標(biāo)志：VC等于VS。,狀態(tài)2t1，t2續(xù)流管導(dǎo)通，LC諧振。電路的狀態(tài)方程是：,初始條件：vC(t1)=VS，iL(t1)=IO。解此狀態(tài)方程，得：,為實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，電容電壓VC必須要回到零。零電壓開(kāi)關(guān)的條件是：,在半波模式，電壓VC變?yōu)榱銜r(shí)由反并聯(lián)二極管鉗位到零；對(duì)全波模式，電壓VC變?yōu)榱愫蠓聪蛘袷帲ㄔ诖似陂g給S“ON”信號(hào)）。電壓VC再變?yōu)榱銜r(shí)諧振結(jié)束，轉(zhuǎn)到下一狀態(tài)。因此這兩種情況下，諧振都是在電容電壓為零時(shí)結(jié)束的。,半波時(shí),全波時(shí),狀態(tài)3t2，t3電感充放電。諧振結(jié)束后電感以（電源電壓）消磁，電感中電流線性減小。電路的狀態(tài)方

10、程是：,在半波與全波模式中，電感電流的變化略有不同。當(dāng)電感電流等于負(fù)載電流，續(xù)流二極管截止，此狀態(tài)結(jié)束。所以可得這一狀態(tài)所需要的時(shí)間：,狀態(tài)4t3，t4續(xù)流二極管截止，流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為負(fù)載電流。這一狀態(tài)持續(xù)到下一次開(kāi)關(guān)斷開(kāi)為止。從上分析知：在ZVS-QRC中，當(dāng)開(kāi)關(guān)截止時(shí)電容上的電壓脈沖寬度由諧振電路決定，輸出直流電壓為電源電壓與電容上的平均電壓之差。為改變輸出電壓，需要進(jìn)行頻率調(diào)制。即：保持開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)的開(kāi)通時(shí)間。,PWM基本電路統(tǒng)一模型,表1統(tǒng)一模型各參數(shù)間的關(guān)系,PWM基本變換器可用圖示模型來(lái)表示。稱(chēng)為統(tǒng)一模型。其基本關(guān)系如表所示。根據(jù)統(tǒng)一模型，可得到主管S、二極管D兩端

11、的電壓波形。根據(jù)電壓波形可計(jì)算出開(kāi)關(guān)S、D兩端電壓的平均值：,根據(jù)上述電路和波形可得到穩(wěn)態(tài)電壓比，如下表所示,研究零電流準(zhǔn)諧振變換器發(fā)現(xiàn)也可用一個(gè)統(tǒng)一模型來(lái)代表全部的零電流準(zhǔn)諧振變換器。注意到升壓變換器中二極管的位置可以變化，這種變化不影響電路的基本拓?fù)潢P(guān)系。,零電流準(zhǔn)諧振變換器統(tǒng)一模型,由統(tǒng)一模型可知，不同的變換器只需要經(jīng)過(guò)各量的變換即可得到。注意：在穩(wěn)態(tài)電路中，電感上的直流電壓為零。零電流準(zhǔn)諧振變換器統(tǒng)一模型各參數(shù)間的關(guān)系如下：,比較零電流與零電壓準(zhǔn)諧振變換器，可發(fā)現(xiàn)這兩種電路具有對(duì)偶的性質(zhì)：如果將其波形圖中的電壓與電流對(duì)調(diào)二者完全相同。所以，準(zhǔn)諧振變換器出可用統(tǒng)一模型來(lái)分析，由對(duì)偶性知，

12、二者的狀態(tài)變量有相同的表達(dá)式。,ZVS-QRC統(tǒng)一模型,1半波模式,電感電流與電容電壓是：,式中，0-t1為開(kāi)關(guān)、二極管均關(guān)斷時(shí)間；t1-t2為S斷D通時(shí)間；t2-t3為S、D均通時(shí)間；t3-t4為S通D斷時(shí)間。,各個(gè)時(shí)間值可由電路的參數(shù)算出（參見(jiàn)上述分析）。所以：,將電感電流與電容電壓在一個(gè)周期中積分，求出其平均值VC和IL,式中,同樣，電容電壓的平均值,2全波模式,電感電流與電容電壓是,電感電流與電容電壓在一個(gè)周期中的平均值是,式中,3零電壓開(kāi)關(guān)的條件,4電路穩(wěn)態(tài)分析,按表1外接電源、負(fù)載可得到基本變換電路。以Buck電路為例,對(duì)全波模式,多諧振變換器,多諧振變換器指在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)有多種

13、諧振拓?fù)?。多諧振開(kāi)關(guān)分零電流與零電壓種。用多諧振開(kāi)關(guān)代替基本變換器中的PWM開(kāi)關(guān)即得到相應(yīng)的ZCSMRC或ZVSMRC。,PWM變換器變換成為MRC的方法：零電壓型：在有源開(kāi)關(guān)旁并一個(gè)電容；在整流二極管旁并一個(gè)電容；在開(kāi)關(guān)管與二極管回路間插入一個(gè)電感；零電流型：在有源開(kāi)關(guān)中串入一個(gè)電感；在整流二極管中串入一個(gè)電感；在開(kāi)關(guān)管與二極管回路間并入一個(gè)電容器。,ZVSMRC工作過(guò)程分析,以BUCK型ZVSMRC電路為例。電路的一個(gè)完整的周期可以分為四種基本的工作模式：,模式1：開(kāi)關(guān)S在零電壓下導(dǎo)通，電感電流小于負(fù)載電流，續(xù)流管導(dǎo)通續(xù)流。其上流過(guò)的電流為負(fù)載電流與電感電流之差。,模式2（諧振拓?fù)淠Ｊ?）

14、：當(dāng)電感電流上升到負(fù)載電流后，續(xù)流二極管D斷開(kāi)，L與C2開(kāi)始諧振。該模式到開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)結(jié)束。,在這段時(shí)期，電感電流在輸入電壓的作用下線性上升。稱(chēng)電感充電模式。電感電流等于負(fù)載電流此模式結(jié)束。,模式3（諧振拓?fù)淠Ｊ?)：當(dāng)開(kāi)關(guān)S在零電壓條件下（C作用）關(guān)斷后，L、C1、C2共同諧振。由于電容C1的加入，諧振頻率發(fā)生了變化(由于C1上的電壓原因，DS不能導(dǎo)通)。當(dāng)C2上的電壓為零時(shí)續(xù)流管導(dǎo)通，該模式結(jié)束。,模式4（諧振拓?fù)淠Ｊ?)：此時(shí)開(kāi)關(guān)S仍然關(guān)斷、續(xù)流二極管導(dǎo)通將電容C2短路，只有電容C1與L諧振。直到開(kāi)關(guān)S兩端電壓為零時(shí)，S再次導(dǎo)通，電路重新回到電感充電模式，電路工作模式循環(huán)。,ZVSMRC

15、的主要特點(diǎn)ZVSMRC的輸出電壓的調(diào)節(jié)也是通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它的輸出調(diào)節(jié)特性優(yōu)于ZVSQRC。由于電路考慮了開(kāi)關(guān)與整流二極管的結(jié)寄生電容的影響，二者都能在良好的條件下完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作。ZVSMRC的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是在負(fù)載變化較大時(shí)開(kāi)關(guān)管承受的電壓應(yīng)力較低?？梢赃x用結(jié)電容較大的整流二極管。其主要缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)的電流應(yīng)力較大。,與ZVSMRC相對(duì)應(yīng)的有ZCSMRC（零電流多諧振開(kāi)關(guān)變換器）。可以用與之對(duì)偶的方法進(jìn)行分析。但由于零電流多諧振開(kāi)關(guān)未將開(kāi)關(guān)寄生電容納入諧振，限制了其高頻應(yīng)用。,零電流開(kāi)關(guān)零電壓開(kāi)關(guān)PWM變換器,ZCS/ZVSPWM變換器是PWM電路與QRC電路的結(jié)合，它既可以像QRC電路

16、那樣為主功率開(kāi)關(guān)管創(chuàng)造零電流、零電壓開(kāi)關(guān)條件，又可以像常規(guī)PWM電路一樣，通過(guò)恒頻占空比調(diào)制來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。,為實(shí)現(xiàn)PWM控制，必須要能將QRC電路中的諧振過(guò)程阻斷。阻斷振蕩有兩種方法：用一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)與QRC電路中的諧振電容串聯(lián)，稱(chēng)為串聯(lián)模式；另一種方法是用一個(gè)輔助開(kāi)關(guān)與QRC電路中的諧振電感相并聯(lián)，稱(chēng)并聯(lián)模式。,ZCS一PWM變換器,圖示一個(gè)Buck型ZCS一PWM變換電路。該電路在諧振電容上串聯(lián)了一個(gè)功率開(kāi)關(guān)S2及其反并聯(lián)的二極管，它屬于串聯(lián)模式。ZCS一PWM變換器共有6個(gè)基本工作模式。,初始情況是S1S2均斷開(kāi)，續(xù)流管續(xù)流。,模式1：電感線性充電模式。主管S1導(dǎo)通，電感上的電壓為電源電

17、壓，于是電感電流線性上升。當(dāng)電感電流達(dá)到負(fù)載電流時(shí)續(xù)流二極管關(guān)斷，該模式結(jié)束。,模式3：電感恒流模式。若S2不導(dǎo)通，負(fù)載電流經(jīng)電感L流動(dòng)，電源為負(fù)載供電。這是PWM模式。,模式2：諧振模式。當(dāng)續(xù)流二極管關(guān)斷后，諧振電容與電感產(chǎn)生串聯(lián)諧振。諧振電流經(jīng)S2的二極管流動(dòng)，電容電壓升高。當(dāng)電感電流回落到負(fù)載電流時(shí)，電容電壓達(dá)到2倍電源電壓。由于S2中D的單向性，電容電壓保持不變，D截止。,模式4：諧振模式。當(dāng)導(dǎo)通S2時(shí)，電容經(jīng)電感反向振蕩。振蕩使流過(guò)S1中的電流變小并最終到零，然后電流經(jīng)S1中的二極管流過(guò)，給S1創(chuàng)造零電流關(guān)斷條件。同時(shí)C中的儲(chǔ)能被反饋回直流電源。當(dāng)電容電流回落到負(fù)載電流時(shí)S1中的D斷

18、開(kāi)，該模式結(jié)束。S1必須在其二極管停止導(dǎo)電前關(guān)斷。,模式5：電容恒流放電。此時(shí)，電容為負(fù)載供電。負(fù)載電流經(jīng)C流動(dòng)，電容電壓線性下降。當(dāng)電容電壓為零后，續(xù)流管導(dǎo)通續(xù)流。,從以上分析知，拓?fù)淠Ｊ?、2、4、5與ZCSQRC完全相同，而拓?fù)淠Ｊ?、6則是標(biāo)準(zhǔn)的PWM運(yùn)行模式。所以，這種變換器稱(chēng)為ZCSPWM。,ZCS一PWM變換器的主要特點(diǎn)：,變換器輸出電壓可由調(diào)節(jié)占空比來(lái)進(jìn)行控制。主管零電流關(guān)斷條件與QRC相同。主管電流應(yīng)力大，整流管子的電壓應(yīng)力大。由于諧振電感在主功率電路上，所以ZCS條件與電源電壓、負(fù)載狀態(tài)有關(guān)。,模式6：續(xù)流模式。續(xù)流二極管導(dǎo)通，負(fù)載電流經(jīng)它流動(dòng)。,ZVS一PWM變換器,圖示

19、Buck型ZVS一PWM變換電路。該電路是ZCS一PWM變換器的對(duì)偶。電路中開(kāi)關(guān)S2與諧振電容C串聯(lián)。電路共有6個(gè)基本工作模式。,假定初始情況是S1穩(wěn)定導(dǎo)通，負(fù)載電流由電源經(jīng)S1、諧振電感L流向負(fù)載。,模式1：電容恒流充電模式。當(dāng)主開(kāi)關(guān)S1關(guān)斷（零電壓下關(guān)斷、電容C經(jīng)S2與S1并聯(lián)）后，負(fù)載電流經(jīng)電容流動(dòng)，電容恒流充電。當(dāng)電容電壓等于電源電壓時(shí)，該模式結(jié)束。,模式2：電容諧振充電模式。電容電壓等于電源電壓時(shí)，續(xù)流二極管DR導(dǎo)通，負(fù)載電流向續(xù)流管轉(zhuǎn)移，電感與電容開(kāi)始振蕩。當(dāng)電容電壓達(dá)到最大值時(shí)，由于S2中的D2的單向性，電容電壓保持，D2截止。,模式3：續(xù)流模式。PWM模式。在S2未導(dǎo)通前，負(fù)載

20、電流經(jīng)DR續(xù)流。,模式4：電容諧振放電模式。S2（在零電流條件下，因電感與其串聯(lián)，電感電流為零）導(dǎo)通后，電感與電容再次產(chǎn)生諧振，直到電容電壓為零時(shí)為止。,模式5：電感充放電。電容電壓為零時(shí)S1中D1導(dǎo)通（S2通時(shí)C1與D1并聯(lián)），電感電流經(jīng)D1向電源放電，所以電感電流直線下降。當(dāng)電感電流下降到零前，S1已經(jīng)給出零電壓下導(dǎo)通信號(hào)，所以當(dāng)電感電流下降到零時(shí)將立刻通過(guò)導(dǎo)通的S1反向線性增大。,模式6:S1穩(wěn)定導(dǎo)通模式。PWM模式。電感電流等于負(fù)載電流時(shí)，續(xù)流管斷開(kāi)。,從以上分析知，拓?fù)淠Ｊ?、2、4、5與ZVSQRC完全相同，而拓?fù)淠Ｊ?、6則是標(biāo)準(zhǔn)的PWM運(yùn)行模式。,ZVS一PWM變換器的主要特點(diǎn)

21、：變換器輸出電壓可由調(diào)節(jié)占空比來(lái)進(jìn)行控制；輔管是零電流通斷。,為實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)條件，諧振電流應(yīng)當(dāng)小于負(fù)載電流（見(jiàn)模式2）；ZVSPWM變換器主管在零電壓下導(dǎo)通（見(jiàn)模式5）關(guān)斷；電壓應(yīng)力過(guò)大并且與負(fù)載有關(guān)。由于諧振電感串接在主電路中，其ZVS條件與電源電壓與負(fù)載有關(guān)。當(dāng)電路輕載或空載時(shí)，可能失去ZVS的條件。,零電壓轉(zhuǎn)換與零電流轉(zhuǎn)換ZVT/ZCT一PWM變換器,在上述的各種變換拓?fù)渲械膯?wèn)題：顯著地增加了開(kāi)關(guān)管的電壓或電流應(yīng)力，使電路的損耗明顯增加并增大了電容、電感的尺寸與重量。將諧振元件放在電路的主功率通道上，除了增加開(kāi)關(guān)的應(yīng)力外，還使電路有很大的環(huán)流能量，增加了電路的損耗。儲(chǔ)能元件的儲(chǔ)能依賴于輸入

22、電壓與輸出負(fù)載。影響了電路的“軟”工作區(qū)域。ZVT/ZCTPWM變換器的主要特點(diǎn)：將諧振網(wǎng)絡(luò)從主功率通路上移開(kāi)，其諧振網(wǎng)絡(luò)與主開(kāi)關(guān)并聯(lián)。在很短的一段時(shí)間間隔內(nèi)，輔助電路起作用，為主管創(chuàng)造ZCS或ZVS的開(kāi)關(guān)條件。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，電路回到常規(guī)的PWM工作方式。,ZCTPWM變換器,零電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中S1為主開(kāi)關(guān)；S2為輔助開(kāi)關(guān)。將此開(kāi)關(guān)引入常規(guī)的PWM開(kāi)關(guān)變換器中即得到相應(yīng)的ZCTPWM變換器。,以BOOST型ZCTPWM變換器來(lái)說(shuō)明電路的基本工作原理。電路中，S1為主管，S2為輔管，電路的初始狀態(tài)：,主管S1與輔管S2均為關(guān)斷狀態(tài)，輸入電流經(jīng)升壓電感、續(xù)流管給負(fù)載供電。電容C上有初始

23、電壓（上正下負(fù)）,模式1：主開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通。升壓電感儲(chǔ)能，同時(shí)，諧振電容與電感通過(guò)S1、D2諧振，當(dāng)電容電壓極性顛倒并達(dá)到負(fù)的最大值時(shí)，該模式結(jié)束。,模式2：升壓電感繼續(xù)儲(chǔ)能。電容電壓保持不變。諧振電感電流保持為零。,模式3：在關(guān)斷主管前導(dǎo)通輔管S2。S2導(dǎo)通后L、C與S2、S1構(gòu)成諧振電路。當(dāng)諧振電流等于輸入電流時(shí)，S1中的電流為零，之后，諧振電流繼續(xù)增大，與S1反并聯(lián)的二,極管D1導(dǎo)通。經(jīng)1/4周期，電流達(dá)到最大值然后下降。當(dāng)電流下降到再次等于輸入電流時(shí)，D1中電流為零，D1關(guān)斷，該模式結(jié)束。當(dāng)D1導(dǎo)通時(shí)S1可實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。,模式4：當(dāng)諧振電流下降到輸入電流時(shí)，D1截止、DR導(dǎo)通。此時(shí)關(guān)斷

24、S2,L、C通過(guò)D2構(gòu)成諧振回路產(chǎn)生諧振，,電容電壓上升，諧振電流下降。當(dāng)諧振電感電流下降到零后通過(guò)續(xù)流二極管的電流為電源電流，此時(shí)該模式結(jié)束。,模式5：當(dāng)電感電流下降到零、電容電壓上升到最大值之后由于電容無(wú)放電路徑，電路停止諧振，電路進(jìn)入常規(guī)PWM模式。升壓電感向負(fù)載放電。電路回到初始狀態(tài)。,主要波形如圖所示。,BOOST型ZCTPWM電路的主要特點(diǎn)：,為實(shí)現(xiàn)主管的零電流關(guān)斷必須使諧振電流的幅值大于輸入電流的幅值。否則主管無(wú)法實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷。由于主管是在零電流下關(guān)斷，它降低了IGBT類(lèi)開(kāi)關(guān)的關(guān)斷損耗（IGBT有大的尾部電流）而主管的電壓與電流應(yīng)力沒(méi)有大的增加。軟開(kāi)關(guān)條件與輸入、輸出無(wú)關(guān)。主管

25、是硬開(kāi)通的，有大的開(kāi)通損耗；輔管是硬關(guān)斷的；有大的關(guān)斷損耗。為解決上述問(wèn)題，有大量的改進(jìn)方法,ZVTPWM變換器,圖為零電壓轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。將此開(kāi)關(guān)引入常規(guī)的PWM開(kāi)關(guān)變換器中即得到相應(yīng)的ZVTPWM變換器。,電路的初始狀態(tài)是主管S1與輔管S2均為關(guān)斷狀態(tài)，輸入電流經(jīng)升壓電感、續(xù)流管DR給負(fù)載供電。由于DR導(dǎo)通，C上電壓為輸出電壓，極性上正下負(fù)。,模式1：導(dǎo)通輔管S2（零電流下導(dǎo)通），諧振電感中的電流在輸出電壓的作用下線性增大，二極管DR中的電流線性下降。當(dāng)諧振電感中的電流達(dá)到輸入電流時(shí)DR截止，此模式結(jié)束。,BOOST型ZVTPWM變換器電路如圖。電路的基本工作原理如下：,模式2：諧振電感

26、中的電流等于輸入電流、DR斷開(kāi)后，輸出電壓對(duì)電容C的強(qiáng)制作用解除。所以L與C開(kāi)始諧振，C中儲(chǔ)能向L中轉(zhuǎn)移，電感電流繼續(xù)增大。當(dāng)電容電壓變到零時(shí)，電感電流達(dá)到最大，此時(shí)該模式結(jié)束。,模式3：當(dāng)電容電壓到零時(shí)，與S1反并的二極管D1導(dǎo)通，電容電壓被鉗位到零，諧振電路停止諧振，電感電流保持恒定。此時(shí)S1在零電壓下導(dǎo)通。當(dāng)S2關(guān)斷時(shí)此模式結(jié)束。,模式4：輔助開(kāi)關(guān)S2硬關(guān)斷。諧振電感電流通過(guò)二極管D流向輸出端，并在輸出電壓VO的作用下線性下降。由于諧振電感電流大于輸入電流，D1將導(dǎo)通續(xù)流，以滿足KCL。當(dāng)諧振電感電流下降到輸入電流時(shí)D1中的電流為零。當(dāng)諧振電感電流下降到零時(shí)，S1中的電流上升到輸入電流的

27、值（注意到此時(shí)S1已經(jīng)給出了導(dǎo)通信號(hào)）。本模式結(jié)束。,模式5:S1中的電流為輸入電流值。電路保持這種狀態(tài)，即S1導(dǎo)通，D1、S2、D2均關(guān)斷，電路以常規(guī)PWM方式運(yùn)行，諧振電感電流與電容電壓均為零。,模式6：關(guān)斷S1。由于電容的作用，S1是零電壓關(guān)斷（電容電壓不跳變）輸入電流經(jīng)電容流動(dòng)給電容恒流充電，電容電壓線性升高。當(dāng)電容電壓上升到輸出電壓時(shí)，續(xù)流管DR導(dǎo)通，此模式結(jié)束。,模式7:DR導(dǎo)通，主電路回復(fù)到初始狀態(tài)，。電路以常規(guī)PWM方式運(yùn)行。,ZVTPWM變換電路的主要特點(diǎn)：,優(yōu)點(diǎn)：主開(kāi)關(guān)S1在零電壓條件下完成導(dǎo)通與關(guān)斷。主開(kāi)關(guān)的電壓與電流應(yīng)力未有明顯地增大；當(dāng)負(fù)載及輸入電壓在寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，均可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)過(guò)程；環(huán)流能量小?？刹捎肞WM方式來(lái)控制輸出電壓。,缺點(diǎn)：輔助開(kāi)關(guān)S2處于硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即S2在高電壓、大電流下導(dǎo)通與關(guān)斷，這造成大的損耗并危及S2的安全。目前有許多改進(jìn)的電路拓?fù)浞桨?，?duì)改善S2的工作條件有明顯的作用。但都需要在電路中額外增加元件，從而使電路復(fù)雜化。,B00ST型ZCTPWM變換電路與工作波形示意圖。,軟開(kāi)關(guān)技術(shù)還在繼續(xù)發(fā)展。人們不斷地探索電路拓?fù)浜?jiǎn)單而特性理想的電路。,移相全橋軟開(kāi)關(guān)變換電路,基本移相全橋零電壓開(kāi)關(guān)PWM變換器主電路如圖。它是利用MOS管的結(jié)電容與變壓器的漏感作為諧振元件，使四