《軟開關(guān)變換器》ppt課件

1、學(xué)習(xí)指點學(xué)習(xí)指點軟開關(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)變換器分為準諧振變換器、準諧振變換器、PWM軟開關(guān)變換器。軟開關(guān)變換器。學(xué)習(xí)指點學(xué)習(xí)指點準諧振變換器準諧振變換器QRC的特點是諧振元件參與能量變換的某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。一個階段，而不是全程參與。準諧振變換器分為零電壓開關(guān)準諧振變換器準諧振變換器分為零電壓開關(guān)準諧振變換器ZVS QRC，零

3、電流開關(guān)準諧振變換器零電流開關(guān)準諧振變換器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。準諧振軟開關(guān)準諧振軟開關(guān)DC/DC變換器最主要的特點就是利用變換器最主要的特點就是利用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)指點學(xué)習(xí)指點常規(guī)的常規(guī)的PWM變換器開關(guān)頻率恒定，控制方法簡單。變換器開關(guān)頻率恒定，

4、控制方法簡單。 在準諧振軟開關(guān)在準諧振軟開關(guān)DC/DC變換器中，諧振產(chǎn)生在開關(guān)管整個導(dǎo)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，假設(shè)把諧振控制在開關(guān)管導(dǎo)通前或關(guān)通或整個關(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)斷前很小一段時間內(nèi)，且諧振半周期遠小于開關(guān)周期，這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)指點學(xué)習(xí)指點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、準諧振軟開關(guān)變換器和器、準諧振軟開關(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準諧振軟開關(guān)電路的任務(wù)原理和電路任務(wù)特點。準諧振軟開關(guān)電路的任務(wù)原理和電路任務(wù)特點。3零電壓、零電流開關(guān)電路的構(gòu)成特點、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、任務(wù)原理；零轉(zhuǎn)換開關(guān)電路的構(gòu)成特點、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、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 準諧振軟開關(guān)變換器準諧振軟開關(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，從而使變換器處置功率的才干大幅下降；另一方面，系統(tǒng)會對外產(chǎn)生嚴重的電磁干擾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正弦規(guī)律變化，當電流過零時，使器件關(guān)斷，或者當電壓下降到零時，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)損耗在實際上為零。 軟開關(guān)技術(shù)的運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，每只功率管都要進展開通與關(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

8、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5.1.1 功率電路的開關(guān)過程 可見當功率管開關(guān)

9、任務(wù)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)斷后功率管接受的電壓為UC，導(dǎo)通時的管壓降忽略不計，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)管任務(wù)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。 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(且開經(jīng)過程中電流緩慢上升)，那么開關(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

12、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)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)過程普通給電路呵斥總損耗添加、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)斷配合運用。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

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 ， 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)和振電容所儲的能量相互交換，uCr到達最大值時，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直流分量Io，如圖5-4b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 )(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 ， 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 準諧振軟開關(guān)變換器 零電流開關(guān)準諧振變換器Zero Current Switching Quasi Resonant Converter，ZCS QRC，對應(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)一個二極管，使電流僅能單向流動，而全波型那么在開關(guān)管上反并聯(lián)一個二極管實現(xiàn)電流雙向流動；圖5-6 零電流準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)間時間可調(diào)iorUIZ5.2 準諧振軟開關(guān)變換器 零電壓開關(guān)準諧振變換器Zero Voltage Switching Quasi

21、 Resonant Converter ，ZVS QRC，對應(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)間時間可調(diào)iorUIZ5.2 準諧振軟開關(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5-5b給出零電壓準諧振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)準諧振電流型buck變換器的簡化電路及其任務(wù)波形(a)電路拓撲 b主要任務(wù)波形 5.2.1 零電壓開關(guān)準諧振變換器 在穩(wěn)態(tài)任務(wù)下，一個完好的開關(guān)周期分為4個階段，

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時辰，uCr到達Uo，二極管VD導(dǎo)通。 5.2.1 零電壓開關(guān)準諧振變換器 2t1 t4階段，諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-8(b)所示。 t1時辰，二極管VD導(dǎo)通，一部分Ii流入Uo，一部分Ii給電容充電，t2時辰，iLr到達Ii，這時電容電壓到達峰值；隨后諧振電容開場放電，當電容電壓uCr降到Uo，iLr到達峰值，隨后iLr開場減小，直到uCr降到零，諧振過程終了，這時VDS導(dǎo)

24、通流過反向電流。 。 5.2.1 零電壓開關(guān)準諧振變換器 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。這段時間電感電流iLr線性下降，iS線性增大 t5時辰，iLr下降到等于Ii，接著iLrIo，t0時辰，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。 5.2.1 零電壓開關(guān)準諧振變換器 在t1時辰，uCr到達Ui，iLr到達峰值，隨后iLr繼續(xù)向Cr充電，直到t2時辰iLr = Io，uCr到達諧振峰值 接著，uCr和Lr向L放電，i

25、Lr降低，到零后反向，直到t3時辰uCr =Ui，iLr到達反向諧振峰值，開場衰減，uCr繼續(xù)下降，t4時辰，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)準諧振變換器 2t4 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iLr繼續(xù)線性上升，t5時辰，iLr = Io 直到t0時辰，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，添加了對開關(guān)器件耐壓的

26、要求。5.2.2 零電流開關(guān)準諧振變換器 用準諧振零電流開關(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主要任務(wù)波形 圖5-11零電流開關(guān)準諧振Buck變換器電路拓撲及其任務(wù)波形5.2.2 零電流開關(guān)準諧振變換器 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

27、辰，iLr到達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。5.2.2 零電流開關(guān)準諧振變換器 2t1 t4階段，諧振階段，電流途徑表示圖如圖5-12(b)所示。 t1時辰，輸入電流上升到Io，VD關(guān)斷，Lr和Cr開場諧振，t2時辰，uCr(t2) = Ui，iLr到達峰值 隨后iLr減小，t3時辰，iLr減小到Io，uCr到達峰值，接著Cr開場放電，直到t4時辰，iLr下降到零。5.2.2 零電流開關(guān)準諧振變換器 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時辰，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)管兩端的電壓開場上升，直到t6時辰，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時辰，uCr放電完，uCr = 0，輸出電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，直到t0時辰VTS再次導(dǎo)通，進入下一任務(wù)周期。 很明顯，當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的導(dǎo)通時間固 定，可以經(jīng)過調(diào)理VTS的關(guān)斷時間來調(diào)理占空比，從而到達調(diào)理

29、輸出電壓的目的。因此，零電流開關(guān)準諧振變換器也是經(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，用改動開關(guān)頻率來進展控制，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，當輸入電壓

30、或負載變化時，通?？空{(diào)理開關(guān)的占空比來調(diào)理輸出電壓，屬恒頻控制，控制方法簡單。 假設(shè)將兩種拓撲的優(yōu)點組合在一同，就構(gòu)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。5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 在準諧振軟開關(guān)DC/DC變換器中，以準諧振軟開關(guān)Buck變換器為例，與常規(guī)的PWM Buck變換器相比，電路拓撲中僅僅多了一個諧振電感和一個諧振電容。 對零電壓準諧振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時辰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，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)流堅持不變，VTS關(guān)斷時，Cr兩端電壓很快充電至Ui，隨后堅持不變，如圖5-13(b)所示的t1t2期間。t2時辰，S1關(guān)斷，Lr與Cr開場諧振，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)斷時辰和VTS的開通時辰堅持不變，改動VTS的關(guān)斷時辰，那么可以實現(xiàn)PWM控制。 5.3.1 零開關(guān)PWM變換器 由以上分析可知，要實現(xiàn)軟開關(guān)變換器的PWM控制，只需控制Lr與Cr的諧振時辰?？刂浦C振時辰的方法就是，要么在適當時辰先短接諧振電感，在需求諧振的時辰再斷開；要么在適當時辰先斷開諧振電容，在需求諧振的時辰再接通。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)在準型變換器為例，假設(shè)在準諧振變換器的諧振電感上并接一個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)在準諧振變換器的諧振電容上假設(shè)在準諧振變換器的諧振電容上串接一個可控開關(guān)那么構(gòu)成如圖串接一個可控開關(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分析零電壓開下

34、面以后者為例詳細分析零電壓開關(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變換器拓撲及主要任務(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變換器的一個任務(wù)周期分為5個階段，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時辰，開關(guān)管VTS關(guān)斷，負載電流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時辰

35、，uCr到達Ui，iLr開場減小，二極管VD導(dǎo)通VTSVDSVTS1VDCrLrUiLCRb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 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時辰，二極管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時辰，iLr下降到零，這時電容電壓到達峰值。 3t2t3階段，負載電流續(xù)流階段，電流途徑表示圖如圖5-16(c)所示。t2時辰，iLr下降到零，uCr到達峰值，隨后iLr維持零電流，uCr維持峰值電壓，直到t3時辰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時辰，VTS1導(dǎo)通，Lr，Cr開場諧振，uCr開場下降，iLr反向增大，t4時辰，uCr下降至Ui，iLr到達反向峰值；隨后iLr反向減小，uCr繼續(xù)下降，直至t5時辰，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時辰，iLr到達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時辰VTS關(guān)斷，進入下一個任務(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準諧振變換器的諧振電容上串準諧振變換器的諧振電容上串接或在諧振電感上并接一個可控開關(guān)，接或在諧振電感上并接一個可控開關(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可控開關(guān)那么構(gòu)成如圖上串接一個可控開關(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變換器的一個任務(wù)周變換器的一個任務(wù)周期分為期分為5個階段。設(shè)電路初始形狀為主個階段。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時辰，iLr到達Io，二極管VD關(guān)斷，uCr開場增大 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時辰，iLr到達Io，二極管VD關(guān)斷，Lr、Cr開場第一次諧振，iLr一部分維持負載電流，一部分給電容充電，t2時辰，uCr達Ui，iLr到達峰值，之后iLr開場下降，uCr繼續(xù)上升，t3時辰，iLr下降到等于Io，uCr到達峰值 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時辰，iLr下降到等于Io，uCr到達峰值，隨后iLr維持在Io，uCr維持峰值電壓，直到t4時辰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時辰，VTS1導(dǎo)通，Lr，Cr開場第二次諧振，iLr、uCr均開場下降，某個時辰iLr下降到零并開場反向增大，t5時辰，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時辰，iLr下降到零，隨后

41、開場經(jīng)VDS反向增大，t6時辰，uCr等于Ui，iLr到反向峰值，之后開場下降，t7時辰，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時辰，iLr反向下降到零，諧振電容在負載電流Io的作用下線性放電，t8時辰，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。該階段負載電流經(jīng)過VD續(xù)流，t9時辰，VTS1零電流關(guān)斷，t10時辰，VTS再次導(dǎo)通，進入下一個任務(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，開關(guān)管調(diào)和振元件的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力與準諧振變換器的完全一樣。 為了抑制這些缺陷，相關(guān)文獻中提出了零轉(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諧振時辰進展控制來實現(xiàn)PWM控制，但與零開關(guān)變換器相比具有更突出的優(yōu)點：輔助電路只是在開關(guān)管開關(guān)時任務(wù)，其他時候不任

44、務(wù)，同時，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)并從零負載到滿載都能任務(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)二者都實現(xiàn)二者都實現(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變換器的電路拓撲如圖5-20(a)所示，為了簡化分析，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，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時辰iLr到達Ii，VD中的電流下降到零，VD在軟開關(guān)下關(guān)斷。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，iLr到達Ii， VD中的電流下降到零，VD關(guān)斷，Lr、Cr開場諧振，Cr中的能量開場向Lr轉(zhuǎn)移，iLr繼續(xù)增大，uCr開場下降，t2時辰， iLr到達峰值，uCr下降到零。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，iLr到達峰值，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時辰VTS1關(guān)斷。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，VTS1關(guān)斷，VD1導(dǎo)通，iLr和VDS中的電流開場下降，t4時辰，VDS中的電流下降到零，第4階段終了。t2t4時間段內(nèi)，VTS反并聯(lián)二極管VDS在導(dǎo)通，這時開通VTS，VTS零電壓導(dǎo)通。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，VDS中的電流下降到零，隨后VTS開場導(dǎo)通，iVTs增大，iLr減小，t5時辰，iVTs等于Ii，iLr下降到零。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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，儲能電感充電階段，電流途徑表示圖如圖5-21(f)所示。t5時辰，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時辰，VTS關(guān)斷。 一個開關(guān)周

50、期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，uCr上升至Uo，隨后VD導(dǎo)通。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，VD導(dǎo)通，uC

51、r電壓被箝在Uo，直到t8時辰，VTS1導(dǎo)通，進入下一個任務(wù)周期。 一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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)二者都實現(xiàn)零電流開關(guān)，而且不添加器件的電壓、電流耐量。實際上說，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變換器的電路拓撲如圖5-22(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，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。一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的任務(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時辰，VTS1

53、導(dǎo)通，Cr、Lr諧振，iLr上升，uCr反向減小，同時iVTs減小，t1時辰，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時辰，VDS中的電流下降到零，iLr下降到Ii，隨后VD開場導(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時辰，iVTs減小到零，隨后VTS的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，t2時辰，iLr到達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時辰，VDS中的電流下降到零，VD開場導(dǎo)通，iVD開場增大，直到t4時辰，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時辰，iLr下降到零，iVD上升到Ii，由于iLr沒有反向流動的通路，Cr、L

55、r停頓諧振。隨后Cr兩端電壓堅持不變，該形狀維持到t6時辰，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時辰，uCr諧振到零，iLr諧振到最大值，iVTs也到達最大值，t8時辰，iLr反方向降到零，uCr到達負的最大值-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，儲能電感充電階段，電流途徑表示圖如圖5-23(g)所示。t8時辰，iLr反方向降到零，uCr到達

56、負的最大值-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時辰VTS1導(dǎo)通，電路進入下一個任務(wù)周期。g儲能電感充電階段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全橋變換器電路拓撲如圖全橋變換器電路拓撲如圖5-24所示，圖中所示，圖中VT1、VT2的控制信號分別超前的控制信號分別超前VT4、VT3的控制信號一個相位角的控制信號一個相位角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變換器的主電路拓撲 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 在一個開關(guān)周期中，移相控制ZVS-PWM全橋變換器有12個任務(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Lr與L留意：折算到原邊的值為n2L串聯(lián)和C1、C2開場諧振，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時辰開通VT2，那么VT2零電壓開通， 這時由負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時辰，VT4關(guān)斷。留意，假設(shè)負載不是恒流源，變壓器原邊電流在這一階段將開場下降，VD5、VD6將開場換相。 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Lr和C3、C4開場諧振，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將開場換相，變壓器副邊相當于短路，因此L不參與諧振。直到t4時辰，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