《軟開關(guān)變換器》ppt課件

1、學(xué)習(xí)指點(diǎn)學(xué)習(xí)指點(diǎn)軟開關(guān)是指，經(jīng)過在原來的開關(guān)電路中添加很小的軟開關(guān)是指，經(jīng)過在原來的開關(guān)電路中添加很小的電感、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先降為零(零電壓開通零電壓開通)或開經(jīng)過程中電流緩慢上或開經(jīng)過程中電流緩慢上升升(零電流開通零電流開通)，或關(guān)斷前電流先降為零，或關(guān)斷前電流先降為零(零電流零電流關(guān)斷關(guān)斷)或關(guān)斷過程中電壓緩慢上升或關(guān)斷過程中電壓緩慢上升(零電壓關(guān)斷零電壓關(guān)斷)，就可以消除或減低開關(guān)過程中電壓、電流的重疊就可以消除或減低開關(guān)過程中電壓、

2、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)部分的面積，從而減小甚至消除開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。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)。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)開展的歷程，軟開關(guān)變換器分為根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)開展的歷程，軟開關(guān)變換器分為準(zhǔn)諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、PWM軟開關(guān)變換器。軟開關(guān)變換器。學(xué)習(xí)指點(diǎn)學(xué)習(xí)指點(diǎn)準(zhǔn)諧振變換器準(zhǔn)諧振變換器QRC的特點(diǎn)是諧振元件參與能量變換的某的特點(diǎn)是諧振元件參與能量變換的某一個(gè)階段，而不是全程參與。一個(gè)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

3、電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器ZCS QRC，零電壓開關(guān)多，零電壓開關(guān)多諧振變換器諧振變換器ZVS MRC，和用于逆變器的諧振直流環(huán)，和用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)節(jié)Resonant DCLink，這類變換器也需求采用頻，這類變換器也需求采用頻率調(diào)制方法。率調(diào)制方法。準(zhǔn)諧振軟開關(guān)準(zhǔn)諧振軟開關(guān)DC/DC變換器最主要的特點(diǎn)就是利用變換器最主要的特點(diǎn)就是利用PFM調(diào)壓，調(diào)壓，這使得電源的輸入濾波器、輸出濾波器的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，并這使得電源的輸入濾波器、輸出濾波器的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，并影響系統(tǒng)的噪聲。影響系統(tǒng)的噪聲。學(xué)習(xí)指點(diǎn)學(xué)習(xí)指點(diǎn)常規(guī)的常規(guī)的PWM變換器開關(guān)頻率恒定，控制方法簡(jiǎn)單。變換器開關(guān)頻率恒定，

4、控制方法簡(jiǎn)單。 在準(zhǔn)諧振軟開關(guān)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(gè)導(dǎo)變換器中，諧振產(chǎn)生在開關(guān)管整個(gè)導(dǎo)通或整個(gè)關(guān)斷區(qū)間，假設(shè)把諧振控制在開關(guān)管導(dǎo)通前或關(guān)通或整個(gè)關(guān)斷區(qū)間，假設(shè)把諧振控制在開關(guān)管導(dǎo)通前或關(guān)斷前很小一段時(shí)間內(nèi)，且諧振半周期遠(yuǎn)小于開關(guān)周期，這斷前很小一段時(shí)間內(nèi)，且諧振半周期遠(yuǎn)小于開關(guān)周期，這就構(gòu)成了就構(gòu)成了PWM軟開關(guān)變換器。軟開關(guān)變換器。PWM軟開關(guān)變換器主要分為零開關(guān)軟開關(guān)變換器主要分為零開關(guān)PWM變換器、零轉(zhuǎn)換變換器、零轉(zhuǎn)換PWM變換器和移相全橋軟開關(guān)變換器和移相全橋軟開關(guān)PWM變換器。變換器。 學(xué)習(xí)指點(diǎn)學(xué)習(xí)指點(diǎn)本章主要討論軟開關(guān)的根本概念與分類，諧振型軟開關(guān)變

5、換本章主要討論軟開關(guān)的根本概念與分類，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)軟開關(guān)變換器的電路構(gòu)成和根本的任務(wù)原理。建議重點(diǎn)學(xué)習(xí)以下主要內(nèi)容：成和根本的任務(wù)原理。建議重點(diǎn)學(xué)習(xí)以下主要內(nèi)容：1軟開關(guān)的根本概念與分類、軟開關(guān)電路的分類。軟開關(guān)的根本概念與分類、軟開關(guān)電路的分類。2準(zhǔn)諧振軟開關(guān)電路的任務(wù)原理和電路任務(wù)特點(diǎn)。準(zhǔn)諧振軟開關(guān)電路的任務(wù)原理和電路任務(wù)特點(diǎn)。3零電壓、零電流開關(guān)電路的構(gòu)成特點(diǎn)、任務(wù)原理；零轉(zhuǎn)零電壓、零電流開關(guān)電路的構(gòu)成特點(diǎn)、任務(wù)原理；零轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的構(gòu)成特點(diǎn)、任務(wù)原理；移相控制軟開關(guān)換開關(guān)電路的構(gòu)成特點(diǎn)、任務(wù)原理；移相控制軟開

6、關(guān)PWM全橋變換器的任務(wù)原理。全橋變換器的任務(wù)原理。123概述概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器PWMPWM軟開關(guān)變換器軟開關(guān)變換器根本內(nèi)容 常規(guī)的DC/DC PWM功率變換技術(shù)進(jìn)一步提高開關(guān)頻率會(huì)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(huì)成正比的上升，使電路的效率大大的降低，從而使變換器處置功率的才干大幅下降；另一方面，系統(tǒng)會(huì)對(duì)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)ZVSZero Voltage Switching和零電流開關(guān)ZCSZero Current Switching或近似零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)。 5.1 概述 硬開關(guān)過程是經(jīng)過突變的開

7、關(guān)過程中斷功率流而完成能量的變換； 而軟開關(guān)過程是經(jīng)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)律變化，當(dāng)電流過零時(shí)，使器件關(guān)斷，或者當(dāng)電壓下降到零時(shí)，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)損耗在實(shí)際上為零。 軟開關(guān)技術(shù)的運(yùn)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(shí)得到提高，并有效的減小電能變換安裝引起的電磁干擾和噪聲等。5.1 概述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(jìn)展開通與關(guān)斷控制。 功率管在開通時(shí)開關(guān)管的電壓不是瞬時(shí)下降到零，而是有一個(gè)下降時(shí)間，同時(shí)它的電流也不是瞬時(shí)上升到負(fù)

8、載電流，也有一個(gè)上升時(shí)間。 在這段時(shí)間里，電流和電壓有一個(gè)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開經(jīng)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5.1.1 功率電路的開關(guān)過程 當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，開關(guān)管的電壓不是瞬時(shí)從零上升到電源電壓，而是有一個(gè)上升時(shí)間，同時(shí)它的電流也不是瞬時(shí)下降到零，也有一個(gè)下降時(shí)間。 在這段時(shí)間里，電流和電壓也有一個(gè)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5.1.1 功率電路的開關(guān)過程 可見當(dāng)功率管開關(guān)

9、任務(wù)時(shí)，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(gè)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)斷后功率管接受的電壓為UC，導(dǎo)通時(shí)的管壓降忽略不計(jì)，那么由圖5-1分析，不難求得導(dǎo)通和關(guān)斷過程功率管的電流、電壓瞬時(shí)值i、u。 開經(jīng)過程： 關(guān)斷過程： ttIionCttUUuonCCttIIioffCCttUuoffC5.1.1 功率電路的開關(guān)過程 一個(gè)開關(guān)周期的平均開通和關(guān)斷損耗PS為：1offon00offonttSiudtiudtTPPPonoff00offCoffCConCCon)()(ttCtdttUttIIdtttUUtt

10、IfCCoffon6IfUtt 5-1式中：PS 功率管開關(guān)損耗； ton功率管開通時(shí)間； toff功率管關(guān)斷時(shí)間； f 功率管開關(guān)頻率； UC關(guān)斷后功率管接受的電壓； IC 導(dǎo)通后流入功率管電流。在任務(wù)電壓和任務(wù)電流一定的條件下，功率管在每個(gè)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(shí)，開關(guān)管任務(wù)在硬開關(guān)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較高的di/dt和dv/dt，從而產(chǎn)生較大的電磁干擾。 5.1.2 軟開關(guān)的特征及分類 經(jīng)過在原來的開關(guān)電路中添加很小的電感、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

11、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，那么開關(guān)開通時(shí)就不會(huì)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(jiǎn)稱零電壓開關(guān)；使開關(guān)關(guān)斷前流過其電流為零(且開經(jīng)過程中電流緩慢上升)，那么開關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)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

12、為零電流開通)，簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)。 與開關(guān)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(shí)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(shí)功率管的電流應(yīng)力增大。這樣的開關(guān)過程普通給電路呵斥總損耗添加、關(guān)斷過電壓增大等負(fù)面影響，是得不償失的，因此常與零電壓開通和零電流關(guān)斷配合運(yùn)用。5.1.2 軟開關(guān)的特征及分類 軟開關(guān)技術(shù)問世以來，閱歷了不斷的開展和完善，前后出現(xiàn)了許多種軟開關(guān)電路，新型的軟開關(guān)拓?fù)淙圆粩嗟某霈F(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

13、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)開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。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根本單元，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根本的串聯(lián)諧振電路 根本的串聯(lián)諧振電路如圖5-3a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 根本的串聯(lián)諧振電路5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 根據(jù)圖5-3a，列出電路微分方程為(a)圖5-3 根本的串聯(lián)諧振電路LrCrrCrLrrid

14、tduCUudtdiLi5-2 假設(shè)t0時(shí)辰，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)(sin)(cos)(0rr0Cri0r0LrLrttZUUttItiCriCr0ir0rLr0r0( )()cos()sin()utUUUttZ Itt5-35-4 rrr/1CLrrr/CLZ 式中，諧振角頻率；，特征阻抗。5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 假設(shè)電路的初始形狀為零初始形狀，即ILr0= iLr(t0)=0，UCr0=uCr(t0)=0，那么(b)圖5-3 根本的串聯(lián)諧振電路)(sin)(0rriLrttZUti)(c

15、os)(0riiCrttUUtu5-55-6 此 時(shí) ， 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，僅決議于電源電壓Ui和特征阻抗Zr。假設(shè)Lr變小或Cr變大，諧振電感電流的最大值增大，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。闡明諧振電感調(diào)和振電容所儲(chǔ)的能量相互交換，uCr到達(dá)最大值時(shí)，iLr那么正好為零。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)諧振電路的諧振電容上并聯(lián)一個(gè)電流源，即構(gòu)成另一類串聯(lián)諧振電路，其電路構(gòu)造如圖5-4a所示。 根據(jù)圖5

16、-4a，列出電路微分方程為(a)圖5-4 諧振電容上并聯(lián)一個(gè)電流源的串聯(lián)諧振電路 0LrCrriCrrIidtduCUudtdiLLr5-55.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 假設(shè)在t0時(shí)辰，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5-5，得到(a)圖5-4 諧振電容上并聯(lián)一個(gè)電流源的串聯(lián)諧振電路 )(sin)(cos)()(0rr0Cri0r00Lr0LrttZUUttIIIti5-8CriCr0ir0rLr00r0( )()cos()()sin()utUUUt tZ IIt t5-9rrr/1CLrrr/CLZ 式中，諧振角頻率；

17、，特征阻抗。5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 由式5-10、式5-11可知，諧振電容并聯(lián)電流源的串聯(lián)諧振電路，僅在諧振電感電流中添加了一個(gè)直流分量Io，如圖5-4b所示。圖5-4 諧振電容上并聯(lián)一個(gè)電流源的串聯(lián)諧振電路 )(sin)(0rri0LrttZUIti5-10)(cos)(0riiCrttUUtu5-11 假設(shè)電路初始形狀為零初始形狀，即ILr0= iLr(t0)=I0，UCr0=uCr(t0)=0，那么 (a)(b)5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 2并聯(lián)諧振電路并聯(lián)諧振電路 根本的并聯(lián)諧振電路如圖根本的并聯(lián)諧振電路如圖5-5(a)所示，圖中所示，圖中Lr是諧振電感，是諧振電感，C

18、r是諧振電容是諧振電容,Ii是輸入直流電流源。是輸入直流電流源。 根據(jù)圖根據(jù)圖5-5(a)，列出電路微分方，列出電路微分方程為程為 圖5-5 根本的并聯(lián)諧振電路(a)CrLrriCrrLrudtdiLIdtduCi5-125.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 圖5-5 根本的并聯(lián)諧振電路 假設(shè)在t0時(shí)辰，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)(sin)(cos)()(0rr0Cr0ri0LriLrttZUttIIIti5-13)(sin)()(cos)(0r0Lrir0r0Cr0CrttIIZttUtu5-14 rrr

19、/1CLrrr/CLZ 式中，諧振角頻率；，特征阻抗。5.1.3 諧振電路的構(gòu)成與特性 圖5-5 根本的并聯(lián)諧振電路 假設(shè)電路初始形狀為零初始形狀，即ILr0= iLr(t0)=0，UCr0=uCr(t0)=0，那么 (b)(cos1 )(0riLrttIti5-15)(sin)(0rirCrttIZtu 5-16 此 時(shí) ， 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，僅決議于電源電壓Ii和特征阻抗Zr。假設(shè)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

20、化，如圖5-5b所示。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(duì)應(yīng)的根本開關(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(gè)二極管，使電流僅能單向流動(dòng)，而全波型那么在開關(guān)管上反并聯(lián)一個(gè)二極管實(shí)現(xiàn)電流雙向流動(dòng)；圖5-6 零電流準(zhǔn)諧振電路的根本開關(guān)單元:導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)諧振，關(guān)斷區(qū)間時(shí)間可調(diào)iorUIZ5.2 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

21、 Resonant Converter ，ZVS QRC，對(duì)應(yīng)的根本開關(guān)單元如圖5-7(a)所示； 與零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器類似，根據(jù)開關(guān)上并聯(lián)電容的任務(wù)過程又可以分成半波型5-7(b)和全波型5-7(c) 兩種。圖5-7 零電壓準(zhǔn)諧振電路的根本開關(guān)單元：關(guān)斷區(qū)間內(nèi)諧振，導(dǎo)通區(qū)間時(shí)間可調(diào)iorUIZ5.2 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 Resonant Converter，ZVS MRC，對(duì)應(yīng)的根本開關(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(duì)應(yīng)的根本開關(guān)單元如圖5-10所示，這類變換器

22、需求采用頻率調(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)電路等效電路圖5-8 零電壓開關(guān)多諧振根本開關(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(fù)載部分看作電壓負(fù)載Uo。開關(guān)管VTS導(dǎo)通時(shí)，有輸入電流Ii，二極管VD關(guān)斷，沒有電流注入電壓負(fù)載，在t0時(shí)間，開關(guān)管VTS關(guān)斷，輸入電流流入電容Cr，給電容充電。 圖5-5b給出零電壓準(zhǔn)諧振buck型電流變換器的典型的任務(wù)波形。 圖5-5 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電流型buck變換器的簡(jiǎn)化電路及其任務(wù)波形(a)電路拓?fù)?b主要任務(wù)波形 5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 在穩(wěn)態(tài)任務(wù)下，一個(gè)完好的開關(guān)周期分為4個(gè)階段，

23、各階段任務(wù)過程分析如下： 1t0 t1階段，電容充電階段，電流途徑表示圖如圖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(shí)辰，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(shí)辰，uCr到達(dá)Uo，二極管VD導(dǎo)通。 5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2t1 t4階段，諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-8(b)所示。 t1時(shí)辰，二極管VD導(dǎo)通，一部分Ii流入U(xiǎn)o，一部分Ii給電容充電，t2時(shí)辰，iLr到達(dá)Ii，這時(shí)電容電壓到達(dá)峰值；隨后諧振電容開場(chǎng)放電，當(dāng)電容電壓uCr降到Uo，iLr到達(dá)峰值，隨后iLr開場(chǎng)減小，直到uCr降到零，諧振過程終了，這時(shí)VDS導(dǎo)

24、通流過反向電流。 。 5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 3t4 t6階段，電感放電階段，電流途徑表示圖如圖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，VTS零電壓開通。這段時(shí)間電感電流iLr線性下降，iS線性增大 t5時(shí)辰，iLr下降到等于Ii，接著iLrIo，t0時(shí)辰，開關(guān)管VTS關(guān)斷，Lr和Cr發(fā)生諧振，iLr對(duì)Cr充電，Cr上的電壓上升。 5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 在t1時(shí)辰，uCr到達(dá)Ui，iLr到達(dá)峰值，隨后iLr繼續(xù)向Cr充電，直到t2時(shí)辰iLr = Io，uCr到達(dá)諧振峰值 接著，uCr和Lr向L放電，i

25、Lr降低，到零后反向，直到t3時(shí)辰uCr =Ui，iLr到達(dá)反向諧振峰值，開場(chǎng)衰減，uCr繼續(xù)下降，t4時(shí)辰，uCr = 0，VTS的反并聯(lián)二極管VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零。 5.2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2t4 t0階段，電感充電階段。 t4 t5階段，負(fù)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(shí)間內(nèi)開通VTS，VTS零電壓開通，電流iLr繼續(xù)線性上升，t5時(shí)辰，iLr = Io 直到t0時(shí)辰，VTS再次關(guān)斷。t4 t0階段，直流母線電壓被箝位成零，假設(shè)這時(shí)逆變橋內(nèi)開關(guān)管換相，那么也是零電壓開通或關(guān)斷。 缺陷：電壓諧振峰值很高，添加了對(duì)開關(guān)器件耐壓的

26、要求。5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 用準(zhǔn)諧振零電流開關(guān)替代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，其任務(wù)波形如圖5-11(b)所示。 開關(guān)周期分為4個(gè)階段，假定在開關(guān)VTS導(dǎo)通以前，負(fù)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?fù)?b主要任務(wù)波形 圖5-11零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振Buck變換器電路拓?fù)浼捌淙蝿?wù)波形5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 1t0 t1階段，電感充電階段，電流途徑表示圖如圖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(shí)辰，開關(guān)管VTS開通，電感Lr充電，Lr中的電流線性上升，在t1時(shí)

27、辰，iLr到達(dá)Io，隨后iLr分成兩部分，一部分維持負(fù)載電流，一部分給諧振電容充電，二極管VD截止。5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2t1 t4階段，諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-12(b)所示。 t1時(shí)辰，輸入電流上升到Io，VD關(guān)斷，Lr和Cr開場(chǎng)諧振，t2時(shí)辰，uCr(t2) = Ui，iLr到達(dá)峰值 隨后iLr減小，t3時(shí)辰，iLr減小到Io，uCr到達(dá)峰值，接著Cr開場(chǎng)放電，直到t4時(shí)辰，iLr下降到零。5.2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 3t4 t6階段，電容放電階段，電流途徑表示圖如圖5-12(c)所示。 t4 t5期間，電容電壓高于Ui，繼續(xù)經(jīng)VD向負(fù)載放電，將VTS中的

28、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(shí)辰，uCr下降到等于Ui 由于負(fù)載為電流源，uCr繼續(xù)放電，這時(shí)開關(guān)管兩端的電壓開場(chǎng)上升，直到t6時(shí)辰，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 4t6 t0階段，續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-12(d)所示。 t6時(shí)辰，uCr放電完，uCr = 0，輸出電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，直到t0時(shí)辰VTS再次導(dǎo)通，進(jìn)入下一任務(wù)周期。 很明顯，當(dāng)Lr和Cr選定后，諧振半周期t1 t4時(shí)間固定忽略t0 t1這段時(shí)間。也就是說，VTS的導(dǎo)通時(shí)間固 定，可以經(jīng)過調(diào)理VTS的關(guān)斷時(shí)間來調(diào)理占空比，從而到達(dá)調(diào)理

29、輸出電壓的目的。因此，零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器也是經(jīng)過脈沖頻率調(diào)制來調(diào)理輸出電壓。5.3 PWM軟開關(guān)變換器 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??；變換電路可以以更高的開關(guān)頻率任務(wù)；相應(yīng)變換器的功率密度可以大大提高等。 明顯的缺乏：器件能夠接受過高的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力；利用PFMPulse Frequency Modulation調(diào)壓，用改動(dòng)開關(guān)頻率來進(jìn)展控制，這使得電源的輸入濾波器、輸出濾波器的設(shè)計(jì)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

30、或負(fù)載變化時(shí)，通?？空{(diào)理開關(guān)的占空比來調(diào)理輸出電壓，屬恒頻控制，控制方法簡(jiǎn)單。 假設(shè)將兩種拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)組合在一同，就構(gòu)成一種新的軟開關(guān)電路拓?fù)銹WM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。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 Buck變換器相比，電路拓?fù)渲袃H僅多了一個(gè)諧振電感和一個(gè)諧振電容。 對(duì)零電壓準(zhǔn)諧振Buck變換器，假設(shè)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；添加了Lr、Cr，那么開關(guān)管一關(guān)斷，L

31、r與Cr就開場(chǎng)諧振，諧振結(jié)果使Cr兩端的電壓為零，并經(jīng)過VDS給Lr續(xù)流使VTSCr兩端電壓箝位成零，這時(shí)圖5-9(b)的t4t5期間開通VTS，那么VTS零電壓開通。 假設(shè)在t4t5期間沒有開通VTS，t5時(shí)辰iLr(t5)=0，隨后Ui將使Cr兩端電壓快速充電至Ui，這時(shí)再開通VTS，那么VTS將不是零電壓開通。 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 假設(shè)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)流堅(jiān)持不變，VTS關(guān)斷時(shí)，Cr兩端電壓很快充電至Ui，隨后堅(jiān)持不變，如圖5-13(b)所示的t1t2期間。t2時(shí)辰，S1關(guān)斷，Lr與Cr開場(chǎng)諧振，諧振結(jié)果使Cr

32、兩端的電壓為零，并經(jīng)過VDS給Lr續(xù)流使VTSCr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，那么VTS零電壓開通。這樣，假設(shè)S1的關(guān)斷時(shí)辰和VTS的開通時(shí)辰堅(jiān)持不變，改動(dòng)VTS的關(guān)斷時(shí)辰，那么可以實(shí)現(xiàn)PWM控制。 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 由以上分析可知，要實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)變換器的PWM控制，只需控制Lr與Cr的諧振時(shí)辰。控制諧振時(shí)辰的方法就是，要么在適當(dāng)時(shí)辰先短接諧振電感，在需求諧振的時(shí)辰再斷開；要么在適當(dāng)時(shí)辰先斷開諧振電容，在需求諧振的時(shí)辰再接通。由此得到不同方式的零開關(guān)PWM電路的根本開關(guān)單元，如圖5-14所示。 a零電壓開關(guān)PWM電路的根本開關(guān)單元圖

33、5-14 零開關(guān)PWM電路的根本開關(guān)單元 b零電流開關(guān)PWM電路的根本開關(guān)單元5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 1零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)PWM變換器變換器 以以Buck型變換器為例，假設(shè)在準(zhǔn)型變換器為例，假設(shè)在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電感上并接一個(gè)諧振變換器的諧振電感上并接一個(gè)可控開關(guān)，就構(gòu)成了如圖可控開關(guān)，就構(gòu)成了如圖5-13(a)所所示的零電壓開關(guān)示的零電壓開關(guān)PWM變換器；變換器； 假設(shè)在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電容上假設(shè)在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電容上串接一個(gè)可控開關(guān)那么構(gòu)成如圖串接一個(gè)可控開關(guān)那么構(gòu)成如圖5-15(a)所示的零電壓開關(guān)所示的零電壓開關(guān)PWM變換變換器。器。 下面以后者為例詳細(xì)分析零電壓開下

34、面以后者為例詳細(xì)分析零電壓開關(guān)關(guān)PWM變換器的任務(wù)原理。變換器的任務(wù)原理。 圖5-15 ZVS-PWM Buck變換器拓?fù)浼爸饕蝿?wù)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(gè)任務(wù)周期分為5個(gè)階段，設(shè)電路初始形狀為主開關(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調(diào)和振電感，任務(wù)過程如下： a諧振電容充電階段 1t0t1階段，諧振電容充電階段，電流途徑表示圖如圖5-16(a)所示。t0時(shí)辰，開關(guān)管VTS關(guān)斷，負(fù)載電流Io經(jīng)過VTS1的本體二極管給電容Cr充電，Cr上的電壓線性上升，在t1時(shí)辰

35、，uCr到達(dá)Ui，iLr開場(chǎng)減小，二極管VD導(dǎo)通VTSVDSVTS1VDCrLrUiLCRb諧振電感放電階段 c負(fù)載電流續(xù)流階段 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 2t1t2階段，諧振電感放電階段，電流途徑表示圖如圖5-16(b)所示。t1時(shí)辰，二極管VD導(dǎo)通，負(fù)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(shí)辰，iLr下降到零，這時(shí)電容電壓到達(dá)峰值。 3t2t3階段，負(fù)載電流續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-16(c)所示。t2時(shí)辰，iLr下降到零，uCr到達(dá)峰值，隨后iLr維持零電流，uCr維持峰值電壓，直到t3時(shí)辰VTS1導(dǎo)通。 d諧振階段 5.3.1 零開關(guān)P

36、WM變換器 4t3t5階段，諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-16(d)所示。t3時(shí)辰，VTS1導(dǎo)通，Lr，Cr開場(chǎng)諧振，uCr開場(chǎng)下降，iLr反向增大，t4時(shí)辰，uCr下降至Ui，iLr到達(dá)反向峰值；隨后iLr反向減小，uCr繼續(xù)下降，直至t5時(shí)辰，uCr下降到零。 5t5t6階段，iLr續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-16(e)所示。t5時(shí)辰，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(shí)辰反向電流下降到零。 eiLr續(xù)流階段電流 f諧振電感充電階段 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 6t6t7階段，諧振電感充電階段，電流途

37、徑表示圖如圖5-16(f)所示。t6時(shí)辰，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(shí)辰，iLr到達(dá)Io，VD關(guān)斷。 5t7t8階段，能量傳送階段，電流途徑表示圖如圖5-16(g)所示。該階段完成能量從輸入到輸出的傳送義務(wù)，直到t8時(shí)辰VTS關(guān)斷，進(jìn)入下一個(gè)任務(wù)周期。 g能量傳送階段5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 2零電流開關(guān)零電流開關(guān)PWM變換器變換器 在在ZCS準(zhǔn)諧振變換器的諧振電容上串準(zhǔn)諧振變換器的諧振電容上串接或在諧振電感上并接一個(gè)可控開關(guān)，接或在諧振電感上并接一個(gè)可控開關(guān)，就構(gòu)成了零電流開關(guān)就構(gòu)成了零電流開關(guān)PWM變換器。以變換器。以Buck型變換器為例，假設(shè)在諧振

38、電容型變換器為例，假設(shè)在諧振電容上串接一個(gè)可控開關(guān)那么構(gòu)成如圖上串接一個(gè)可控開關(guān)那么構(gòu)成如圖5-15(a)所示的零電流開關(guān)所示的零電流開關(guān)PWM變換器。變換器。 ZCS-PWM Buck變換器的一個(gè)任務(wù)周變換器的一個(gè)任務(wù)周期分為期分為5個(gè)階段。設(shè)電路初始形狀為主個(gè)階段。設(shè)電路初始形狀為主開關(guān)管開關(guān)管VTS關(guān)斷，輔助開關(guān)管關(guān)斷，輔助開關(guān)管VTS1關(guān)關(guān)斷，續(xù)流二極管斷，續(xù)流二極管VD導(dǎo)通，輸出電流導(dǎo)通，輸出電流Io全部續(xù)流二極管全部續(xù)流二極管VD續(xù)流，諧振電感電續(xù)流，諧振電感電流流iLr=0，諧振電容電壓，諧振電容電壓uCr=0，任務(wù)，任務(wù)過程分析如下：過程分析如下： 5.3.1 零開關(guān)PWM變換

39、器 1t0 t1階段，諧振電感充電階段，電流途徑表示圖如圖5-18(a)所示。t0時(shí)辰，開關(guān)管VTS導(dǎo)通，由于VD導(dǎo)通，輸入電壓Ui全部加在諧振電感Lr上，iLr線性上升，在t1時(shí)辰，iLr到達(dá)Io，二極管VD關(guān)斷，uCr開場(chǎng)增大 2t1 t3階段，電容諧振充電階段，電流途徑表示圖如圖5-18(b)所示。t1時(shí)辰，iLr到達(dá)Io，二極管VD關(guān)斷，Lr、Cr開場(chǎng)第一次諧振，iLr一部分維持負(fù)載電流，一部分給電容充電，t2時(shí)辰，uCr達(dá)Ui，iLr到達(dá)峰值，之后iLr開場(chǎng)下降，uCr繼續(xù)上升，t3時(shí)辰，iLr下降到等于Io，uCr到達(dá)峰值 a諧振電感充電階段 b電容諧振充電階段 5.3.1 零開關(guān)

40、PWM變換器 3t3 t4階段，電感恒流階段，電流途徑表示圖如圖5-18(c)所示。t3時(shí)辰，iLr下降到等于Io，uCr到達(dá)峰值，隨后iLr維持在Io，uCr維持峰值電壓，直到t4時(shí)辰VTS1導(dǎo)通。 4t4 t5階段，電容諧振放電階段1，電流途徑表示圖如圖5-18(d)所示。t4時(shí)辰，VTS1導(dǎo)通，Lr，Cr開場(chǎng)第二次諧振，iLr、uCr均開場(chǎng)下降，某個(gè)時(shí)辰iLr下降到零并開場(chǎng)反向增大，t5時(shí)辰，iLr下降到零。 c電感恒流階段 d電容諧振放電階段(1) 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 5t5 t7階段，電容諧振放電階段2，電流途徑表示圖如圖5-18(e)所示。t5時(shí)辰，iLr下降到零，隨后

41、開場(chǎng)經(jīng)VDS反向增大，t6時(shí)辰，uCr等于Ui，iLr到反向峰值，之后開場(chǎng)下降，t7時(shí)辰，iLr再次下降到零，第5階段終了。在這一階段關(guān)斷VTS，那么VTS零電流關(guān)斷 6 t7 t8階段，電容線性放電階段，電流途徑表示圖如圖5-18(f)所示。t7時(shí)辰，iLr反向下降到零，諧振電容在負(fù)載電流Io的作用下線性放電，t8時(shí)辰，uCr=0，VD導(dǎo)通。 e電容諧振放電階段(2) f電容線性放電階段 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 5t8 t10階段，續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-18(g)所示。該階段負(fù)載電流經(jīng)過VD續(xù)流，t9時(shí)辰，VTS1零電流關(guān)斷，t10時(shí)辰，VTS再次導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)任務(wù)周期。

42、 g續(xù)流階段5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 前面討論了諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器，在這些電路中，諧振電感調(diào)和振電容不斷參與能量傳送，而且它們的電壓和電流應(yīng)力較大。 在零開關(guān)PWM變換器中，諧振元件雖然不是不斷諧振任務(wù)，但諧振電感卻串聯(lián)在主功率回路中，損耗較大。同時(shí)，開關(guān)管調(diào)和振元件的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力與準(zhǔn)諧振變換器的完全一樣。 為了抑制這些缺陷，相關(guān)文獻(xiàn)中提出了零轉(zhuǎn)換PWM變換器(Zero Transition PWM Converter)的概念。 零轉(zhuǎn)換PWM變換器(Zero Transition PWM Converter) 它可分為零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器(Zero Voltage Tran

43、sition PWM Converter, ZVT PWM Converter)和零電流開關(guān)PWM變換器(Zero Current Transition PWM Converter, ZCT PWM Converter) 。是軟開關(guān)技術(shù)的又一個(gè)飛躍。 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器和零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器： a 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器的根本開關(guān)單元 b 零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器的根本開關(guān)單元圖5-19 零轉(zhuǎn)換PWM電路的根本開關(guān)單元 雖然這類變換器也是采用對(duì)諧振時(shí)辰進(jìn)展控制來實(shí)現(xiàn)PWM控制，但與零開關(guān)變換器相比具有更突出的優(yōu)點(diǎn)：輔助電路只是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)任務(wù)，其他時(shí)候不任

44、務(wù)，同時(shí)，輔助電路不是串聯(lián)在主功率回路中，而是與主功率回路相并聯(lián)，從而減小了輔助電路的損耗，使得電路效率有了進(jìn)一步提高； 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 a 零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器的根本開關(guān)單元 b 零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器的根本開關(guān)單元圖5-19 零轉(zhuǎn)換PWM電路的根本開關(guān)單元 輔助電路的任務(wù)不會(huì)添加主開關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力，主開關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力很小，與常規(guī)的PWM變換器的電壓和電流應(yīng)力一樣； 由于輔助諧振電路與主開關(guān)并聯(lián)的，因此輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)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)并從零負(fù)載到滿載都能任務(wù)在軟開關(guān)形狀。這是它零開關(guān)PWM變換器的根本區(qū)別，這也使得軟開關(guān)技

45、術(shù)在中大功率變換器中的運(yùn)用成為能夠。 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 1零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器變換器零電壓轉(zhuǎn)換零電壓轉(zhuǎn)換(ZVT)PWM變換器，變換器，它利用諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在開關(guān)上，它利用諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在開關(guān)上，使得電路中的有源開關(guān)使得電路中的有源開關(guān)(開關(guān)管開關(guān)管)和無源開關(guān)和無源開關(guān)(二極管二極管)二者都實(shí)現(xiàn)二者都實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)，而且不添加器件零電壓開關(guān)，而且不添加器件的電壓、電流耐量。的電壓、電流耐量。 實(shí)際上說，只需在根本的DC/DC變換器的開關(guān)上并聯(lián)可控的并聯(lián)諧振環(huán)節(jié)就能得到相應(yīng)的零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器。 以零電壓轉(zhuǎn)換PWM Boost變換器為例來分析零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器的任

46、務(wù)原理。 零電壓轉(zhuǎn)換PWM Boost變換器的電路拓?fù)淙鐖D5-20(a)所示，為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)輸入濾波電感足夠大，輸入電流看成是理想的直流電流源Ii，同時(shí)，假定輸出濾波電容足夠大，輸出電壓看成是理想的直流電壓源Uo。 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 1t0 t1階段，諧振電感充電階段，電流途徑表示圖如圖5-21(a)所示。t0以前，主開關(guān)VTS和輔助開關(guān)VTS1斷態(tài)，二極管VD導(dǎo)通。t0時(shí)辰，VTS1導(dǎo)通，電感Lr中電流線性上升，VD中的電流線性減小，t1時(shí)辰iLr到達(dá)Ii，VD中的電流下降到零，VD在軟開關(guān)下關(guān)斷。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示

47、，各階段任務(wù)過程分析如下：a諧振電感充電階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 2t1 t2階段，諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-21(b)所示。t1時(shí)辰，iLr到達(dá)Ii， VD中的電流下降到零，VD關(guān)斷，Lr、Cr開場(chǎng)諧振，Cr中的能量開場(chǎng)向Lr轉(zhuǎn)移，iLr繼續(xù)增大，uCr開場(chǎng)下降，t2時(shí)辰， iLr到達(dá)峰值，uCr下降到零。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：b諧振階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3t2 t3階段，iLr續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-21(c)所示。t2時(shí)辰，iLr到達(dá)峰值，uCr下降到零，隨后VDS導(dǎo)

48、通給iLr續(xù)流并維持峰值，uCr維持零，直到t3時(shí)辰VTS1關(guān)斷。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：ciLr續(xù)流階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 4t3t4階段，諧振電感放電階段1，電流途徑表示圖如圖5-21(d)所示。t3時(shí)辰，VTS1關(guān)斷，VD1導(dǎo)通，iLr和VDS中的電流開場(chǎng)下降，t4時(shí)辰，VDS中的電流下降到零，第4階段終了。t2t4時(shí)間段內(nèi)，VTS反并聯(lián)二極管VDS在導(dǎo)通，這時(shí)開通VTS，VTS零電壓導(dǎo)通。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：d諧振

49、電感放電階段1 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5t4t5階段，諧振電感放電階段2，電流途徑表示圖如圖5-21(e)所示。t4時(shí)辰，VDS中的電流下降到零，隨后VTS開場(chǎng)導(dǎo)通，iVTs增大，iLr減小，t5時(shí)辰，iVTs等于Ii，iLr下降到零。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：e諧振電感放電階段2 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 6t5t6階段，儲(chǔ)能電感充電階段，電流途徑表示圖如圖5-21(f)所示。t5時(shí)辰，iLr下降到零，iVTs上升到Ii，隨后VTS為輸入電流提供續(xù)流回路。該形狀維持到t6時(shí)辰，VTS關(guān)斷。 一個(gè)開關(guān)周

50、期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：f儲(chǔ)能電感充電階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5t6t7階段，諧振電容充電階段，電流途徑表示圖如圖5-21(g)所示。t6時(shí)辰，VTS在諧振電容的作用下軟關(guān)斷廣義，隨后諧振電容兩端電壓uCr即VTS兩端電壓線性上升，t7時(shí)辰，uCr上升至Uo，隨后VD導(dǎo)通。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：g諧振電容充電階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 8t7t8階段，能量傳輸階段，電流途徑表示圖如圖5-21(h)所示。t7時(shí)辰，VD導(dǎo)通，uC

51、r電壓被箝在Uo，直到t8時(shí)辰，VTS1導(dǎo)通，進(jìn)入下一個(gè)任務(wù)周期。 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，其主要任務(wù)波形如圖5-19(b)所示，各階段任務(wù)過程分析如下：h能量傳輸階段 VTs的導(dǎo)通損耗為零，關(guān)斷損耗較小Cr抑制電壓上升率VDs/VD/VD1無反向恢復(fù)損耗(電流自然換向，而不是經(jīng)過反壓)VTs1的導(dǎo)通損耗較小(Lr抑制電流上升率)，但關(guān)斷損耗較大5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 2零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器零電流轉(zhuǎn)換(ZCT)PWM變換器，它利用諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)在開關(guān)上，使得電路中的有源開關(guān)(開關(guān)管)和無源開關(guān)(二極管)二者都實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，而且不添加器件的電壓、電流耐量。實(shí)際上說，只需在

52、根本的DC/DC變換器的開關(guān)上并聯(lián)可控的串聯(lián)諧振環(huán)節(jié)就能得到相應(yīng)的零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器。 零電流轉(zhuǎn)換PWM Boost變換器的電路拓?fù)淙鐖D5-22(a)所示，主要任務(wù)波形如圖5-22(b)所示。5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)輸入濾波電感足夠大，輸入電流看成是理想的直流電流源Ii，同時(shí)，假定輸出濾波電容足夠大，輸出電壓看成是理想的直流電壓源Uo。一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)存在8個(gè)不同的任務(wù)階段，各階段任務(wù)過程分析如下： 1t0 t1階段，諧振階段1，電流途徑表示圖如圖5-23(a)所示。t0以前，主開關(guān)VTS通態(tài)、輔助開關(guān)VTS1斷態(tài)，二極管VD斷態(tài)，uCr=-Uo。t0時(shí)辰，VTS1

53、導(dǎo)通，Cr、Lr諧振，iLr上升，uCr反向減小，同時(shí)iVTs減小，t1時(shí)辰，iVTs減小到零。a諧振階段1 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 最大值，uCr反向下降到零，接著iLr減小，uCr正向增大，流過VTS的反并聯(lián)二極管中的電流減小，t3時(shí)辰，VDS中的電流下降到零，iLr下降到Ii，隨后VD開場(chǎng)導(dǎo)通。假設(shè)VTS在t1t3期間關(guān)斷，VTS為零電流關(guān)斷。 2t1 t3階段，諧振階段2，電流途徑表示圖如圖5-23(b)所示。t1時(shí)辰，iVTs減小到零，隨后VTS的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，t2時(shí)辰，iLr到達(dá)b諧振階段2 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3t3 t4階段，諧振階段3，電流途徑表示圖如

54、圖5-23(c)所示。t3時(shí)辰，VDS中的電流下降到零，VD開場(chǎng)導(dǎo)通，iVD開場(chǎng)增大，直到t4時(shí)辰，VTS1關(guān)斷。c諧振階段3 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 4t4 t5階段，諧振階段4，電流途徑表示圖如圖5-23(d)所示。t4時(shí)辰，VTS1關(guān)斷，VD1導(dǎo)通，Cr、Lr經(jīng)過VD1構(gòu)成回路繼續(xù)諧振，iLr繼續(xù)下降，uCr繼續(xù)增大，t5時(shí)辰，iLr下降到零，iVD上升到Ii，uCr上升到最大值Uo。d諧振階段4 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5t5 t6階段，能量傳輸階段，電流途徑表示圖如圖5-23(e)所示。t5時(shí)辰，iLr下降到零，iVD上升到Ii，由于iLr沒有反向流動(dòng)的通路，Cr、L

55、r停頓諧振。隨后Cr兩端電壓堅(jiān)持不變，該形狀維持到t6時(shí)辰，VTS導(dǎo)通。e能量傳輸階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 6t6 t8階段，諧振電容反向充電階段，電流途徑表示圖如圖5-23(f)所示。t6時(shí)辰，VS導(dǎo)通，Cr、Lr經(jīng)過VTS構(gòu)成回路諧振，iLr反向增大，iVTs正向增大，t5時(shí)辰，uCr諧振到零，iLr諧振到最大值，iVTs也到達(dá)最大值，t8時(shí)辰，iLr反方向降到零，uCr到達(dá)負(fù)的最大值-Uo，iVTs回到Ii。f諧振電容反向充電階段 5.3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 5t8 t9階段，儲(chǔ)能電感充電階段，電流途徑表示圖如圖5-23(g)所示。t8時(shí)辰，iLr反方向降到零，uCr到達(dá)

56、負(fù)的最大值-Uo，iVTs回到Ii，VTS1的反并聯(lián)二極管關(guān)斷，VTS繼續(xù)導(dǎo)通為輸入電流Ii提供續(xù)流回路。直到t9時(shí)辰VTS1導(dǎo)通，電路進(jìn)入下一個(gè)任務(wù)周期。g儲(chǔ)能電感充電階段5.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換器 1移相控制移相控制ZVS-PWM全橋變換器的任務(wù)原理全橋變換器的任務(wù)原理 移相控制移相控制ZVS-PWM全橋變換器電路拓?fù)淙鐖D全橋變換器電路拓?fù)淙鐖D5-24所示，圖中所示，圖中VT1、VT2的控制信號(hào)分別超前的控制信號(hào)分別超前VT4、VT3的控制信號(hào)一個(gè)相位角的控制信號(hào)一個(gè)相位角j，VT1、VT2構(gòu)成的橋臂稱超前橋臂，構(gòu)成的橋臂稱超前橋臂，VT4、VT3構(gòu)成的橋臂稱滯后橋臂。構(gòu)

57、成的橋臂稱滯后橋臂。圖5-24 移相全橋ZVSPWM DC/DC變換器的主電路拓?fù)?為了分析方便，假設(shè)： 1一切開關(guān)管、二極管均為理想器件；2一切電感、電容和變壓器均為理想元件；3C1=C2=C3=C4=C4LLr /n2，n為變壓器原副邊匝比。圖5-25 移相控制ZVSPWM DC/DC全橋變換器主要任務(wù)波形5.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換器 在一個(gè)開關(guān)周期中，移相控制ZVS-PWM全橋變換器有12個(gè)任務(wù)階段，圖5-25給出該變換器的任務(wù)波形，圖5-26給出前半開關(guān)周期各階段電流途徑表示圖。各階段任務(wù)過程分析如下 1t0 t1階段，超前臂諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-25(a)所

58、示。t0之前，VT1、VT4導(dǎo)通，uAB為+Ui，t0時(shí)辰，VT1關(guān)斷，變壓器原邊電流ip從VT1轉(zhuǎn)移到C1、C2支路，這時(shí)Lr與L留意：折算到原邊的值為n2L串聯(lián)和C1、C2開場(chǎng)諧振，a超前臂諧振階段 圖5-25 移相控制ZVSPWM DC/DC全橋變換器主要任務(wù)波形5.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換器 由于n2L足夠大，ip根本不變，因此諧振過程C1兩端電壓線性增大，C2兩端電壓線性減小，直到t1時(shí)辰，C1兩端電壓增大到Ui，C2兩端電壓減小到零，VD2導(dǎo)通，諧振過程終了。 圖5-25 移相控制ZVSPWM DC/DC全橋變換器主要任務(wù)波形5.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換

59、器 2t1t3階段，續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-25(b)所示。t1時(shí)辰，C1兩端電壓增大到Ui，C2兩端電壓減小到零，VD2導(dǎo)通，將VT2兩端電壓箝位成零電壓，t2時(shí)辰開通VT2，那么VT2零電壓開通， 這時(shí)由負(fù)載電流恒流折算到變壓器原邊的電流ip經(jīng)VT4、VD2續(xù)流，uAB為零，變壓器副邊電流途徑不變，直到t3時(shí)辰，VT4關(guān)斷。留意，假設(shè)負(fù)載不是恒流源，變壓器原邊電流在這一階段將開場(chǎng)下降，VD5、VD6將開場(chǎng)換相。 b續(xù)流階段 圖5-25 移相控制ZVSPWM DC/DC全橋變換器主要任務(wù)波形5.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換器 3t3 t4階段，滯后臂諧振階段，電流途徑表示圖

60、如圖5-25(c)所示。t3時(shí)辰，V4關(guān)斷，變壓器原邊電流ip從VT4轉(zhuǎn)移到C3、C4支路，這時(shí)Lr和C3、C4開場(chǎng)諧振，諧振過程C4兩端電壓增大，C3兩端電壓減小， c滯后臂諧振階段 由于VT4的關(guān)斷，使得變壓器原邊電流下降，副邊VD5、VD6將開場(chǎng)換相，變壓器副邊相當(dāng)于短路，因此L不參與諧振。直到t4時(shí)辰，C4兩端電壓增大到Ui，C3兩端電壓減小到零，VD3導(dǎo)通，諧振過程終了。 注：假設(shè)忽略漏阻抗壓降，變壓器勵(lì)磁電壓和輸入電壓相等圖5-25 移相控制ZVSPWM DC/DC全橋變換器主要任務(wù)波形5.3.3 移相控制ZVS-PWM全橋變換器 4t4 t6階段，能量回饋階段，電流途徑表示圖如圖