軟開關(guān)技術(shù)6-3

1、6-3 準(zhǔn)諧振與多諧振準(zhǔn)諧振與多諧振DC/DC變換器變換器 準(zhǔn)諧振與多諧振變換器是較早提出的一類軟準(zhǔn)諧振與多諧振變換器是較早提出的一類軟開關(guān)變換器，它是在常規(guī)開關(guān)變換器，它是在常規(guī)DC/DC開關(guān)變換器的基開關(guān)變換器的基礎(chǔ)上加上諧振電感和諧振電容形成的。由于運(yùn)行礎(chǔ)上加上諧振電感和諧振電容形成的。由于運(yùn)行中，變換器工作在諧振模式的時(shí)間僅占一個(gè)開關(guān)中，變換器工作在諧振模式的時(shí)間僅占一個(gè)開關(guān)周期的一部分，其余運(yùn)行在非諧振模式，所以稱周期的一部分，其余運(yùn)行在非諧振模式，所以稱之為準(zhǔn)諧振變換器。之為準(zhǔn)諧振變換器。 零電流與零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān)零電流與零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān) 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變

2、換器（ZCS-QRCs） 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（ZVS-QRCs） 零電壓多諧振變換器（零電壓多諧振變換器（ZVS-MRCs） 6-3-16-3-1、零電流與零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān)、零電流與零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān) 準(zhǔn)諧振開關(guān)一般由一個(gè)開關(guān)器件和準(zhǔn)諧振開關(guān)一般由一個(gè)開關(guān)器件和LC諧諧振電路構(gòu)成，分為振電路構(gòu)成，分為零電流零電流和和零電壓零電壓兩類兩類。零電流零電流零電壓零電壓零電流零電流L型型零電流零電流M型型零電壓零電壓L型型零電壓零電壓M型型L型半波型半波L型全波型全波M型半波型半波M型全波型全波L型半波型半波L型全波型全波M型半波型半波M型全波型全波零電流型：零電流型：S1S

3、1開通激發(fā)，諧振電流到零開通激發(fā)，諧振電流到零S1LrCrLrS1MCr零電流零電流L型型零電流零電流M型型零電壓零電壓L型型LrS1CrS1LrCr零電壓零電壓M型型L 型半波、全波模式LrCrS1DQS1LrCrS1DQLrS1CrS1CrLrDQ6-3-2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器（ZCS-QRCs） 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 開關(guān)在零電流條件下開通和關(guān)斷，峰值諧開關(guān)在零電流條件下開通和關(guān)斷，峰值諧振電流流經(jīng)電路開關(guān)，振電流流經(jīng)電路開關(guān)， 但峰值電壓與普通開但峰值電壓與普通開關(guān)型變換電路相同。關(guān)型變換電路相同。 基本的基本的Buck變換器變換器UiCDSLRUoiSii OLi

4、i iiONoooiOFFoONoiDUUTtUTDUDTUUtUtUU)()()(1Buck 型零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換電路型零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換電路 1、工作原理工作原理： 開關(guān)閉合時(shí)，由于電感開關(guān)閉合時(shí)，由于電感Lr的作用，的作用，Q1在零電流下導(dǎo)通，在零電流下導(dǎo)通，Q1導(dǎo)通后，導(dǎo)通后，電感電感Lr與電容與電容Cr諧振，使諧振，使Q1通過的電流呈近似正弦波，當(dāng)電感電通過的電流呈近似正弦波，當(dāng)電感電流諧振到零時(shí)，流諧振到零時(shí)，Q1可在零電流下關(guān)斷?？稍诹汶娏飨玛P(guān)斷。（a）半波模式半波模式0D1R0LfCfVVinQ1LriLrvCrCrDQ1（b）全波模式全波模式0D1R0LfCfVVinQ1

5、LriLrvCrCrDQ1（a）半波模式半波模式（b）t1，t2 諧振階段諧振階段 LrMMD1LfI0VinQ1iLrvCrCr（a）t0，t1 電感充電階段電感充電階段 LrMD1LfI0VinQ1iLrvCrCrI0ttttt1t3t2t0t4at1iLrvCrvdsvgsVinVinin2VVinZr+ +I0串聯(lián)二極串聯(lián)二極管所承受管所承受2 2、工作波形、工作波形01( )sin()inrLrrtttIVZi+半波模式半波模式Buck ZCS QRCs 各開關(guān)模態(tài)各開關(guān)模態(tài)（a）半波模式半波模式（c）t2，t3 電容放電階段電容放電階段 LrMD1I0VinQ1iLrvCrCr（d

6、）t3，t4自然續(xù)流階段自然續(xù)流階段 MD1I0VinQ1LriLrvCrCrI0ttttt1t3t2t0t4at1iLrvCrvdsvgsVinVinin2VVinZr+ +I0串聯(lián)二極串聯(lián)二極管所承受管所承受全波模式全波模式Buck ZCS QRCs 各開關(guān)模態(tài)等效電路各開關(guān)模態(tài)等效電路 MI0ttttt1t3t2t0t4ta1iLrvCrvdsvgsVinVin2tb1Vin（b）全波模式全波模式（b）t1，t1b 諧振階段之一諧振階段之一CrDQ1Q1LriLrD1I0vCr （a）t0，t1 電感充電階段電感充電階段 D1I0VinQ1LriLrvCrDQ1Cr全波模式全波模式Buc

7、k ZCS QRCs 各開關(guān)模態(tài)等效電路各開關(guān)模態(tài)等效電路 （b）全波模式全波模式（b）全波模式全波模式（c）t1b，t2 諧振階段之二諧振階段之二 （d）t2，t3 電容放電階段電容放電階段 D1I0VinQ1LriLrvCrCrDQ1MI0ttttt1t3t2t0t4ta1iLrvCrvdsvgsVinVin2tb1VinD1I0VinQ1LriLrvCrCrDQ1（e）t3，t4 自然續(xù)流階段自然續(xù)流階段 S：ZC ON ZC OFF D1：ZV ON ZC OFF全波模式全波模式Buck ZCS QRCs 各開關(guān)模態(tài)等效電路各開關(guān)模態(tài)等效電路 D1I0VinQ1LrvCrCrDQ13、

8、不同模式工作波形比較不同模式工作波形比較（b）全波模式全波模式 （a）半波模式半波模式 I0ttttt1t3t2t0t4at1iLrvCrvdsvgsVinVinin2VVinZr+ +I0串聯(lián)二極串聯(lián)二極管所承受管所承受MI0ttttt1t3t2t0t4ta1iLrvCrvdsvgsVinVin2tb1Vin4、Buck ZCS QRCs 仿真電路及主要波形仿真電路及主要波形DbreakD1V2TD = 0.01uTF = 0.01uPW = 1uPER = 2uV1 = 0TR = 0.01uV2 = 15Cr64nR14Q1IRFP460Lf100uH120Cf10uLr1.6uH12R

9、310V120VdcDbreakD2R210k半波模式半波模式半波模式半波模式半波模式?jīng)]有諧振到零半波模式?jīng)]有諧振到零V120VdcQ 1IRFP460R210kDbreakD2Lr1.6uH12R310DbreakD1Cr64n0Lf100uH12Cf10uR16V2TD = 0.001uTF = 0.001uPW = 1.55uPER = 2.8uV1 = 0TR = 0.001uV2 = 15全波模式全波模式全波模式?jīng)]有諧振到零全波模式?jīng)]有諧振到零5、參數(shù)設(shè)計(jì)：、參數(shù)設(shè)計(jì)：（1 1） 和和 的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)LrCr 任意負(fù)載下均能實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，則有任意負(fù)載下均能實(shí)現(xiàn)零電流開關(guān)，則有IZVr

10、inmaxo或或IVZoinrmaxIVKZoincrmax改寫為：改寫為：式中式中 KC1CLfrrr21而：而：則有：則有：min22rVinrorrVZKLffIomin1122rrvinrrICffVZKminminooiinV IIV2 2、開關(guān)管和二極管的選取開關(guān)管和二極管的選取maxmax2LriIImaxmaxmin(1)oirvCroooIVVVI ZKI+Q11maxQiII：DQ11maxmaxDQiII1max2QoVV12DQoVV正向正向D11maxmax2DiII3 3、電壓轉(zhuǎn)換比、電壓轉(zhuǎn)換比 M M與與 有關(guān)與負(fù)載無關(guān)（全波）有關(guān)與負(fù)載無關(guān)（全波）MDQ1R0L

11、fCfV0VinQ1LriLrvCrCrD11DoVVminminooiroroinVVVIZIZV4 4. . 零電壓條件改寫零電壓條件改寫: :mininorVIZSrff小小 結(jié)結(jié) (1) ZVS-QRCs實(shí)現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通、關(guān)斷，與普通實(shí)現(xiàn)了零電壓導(dǎo)通、關(guān)斷，與普通 Boost DC/DC 變換電路相比，流過開關(guān)管的電壓應(yīng)力增大，負(fù)載比變換電路相比，流過開關(guān)管的電壓應(yīng)力增大，負(fù)載比值越大，諧振電容上的電壓越高，開關(guān)管兩端電壓應(yīng)力越大，值越大，諧振電容上的電壓越高，開關(guān)管兩端電壓應(yīng)力越大，限制了負(fù)載的變化。限制了負(fù)載的變化。(2) 零電壓開關(guān)條件若零電壓開關(guān)條件若 ，則，則vCr不可能自然

12、諧振回零，從不可能自然諧振回零，從 而造成開關(guān)器件零電壓導(dǎo)通失敗，只有滿足而造成開關(guān)器件零電壓導(dǎo)通失敗，只有滿足 ， 才能保證才能保證軟開關(guān)操作。在諧振參數(shù)、輸入輸出確定后，負(fù)載電流保證在軟開關(guān)操作。在諧振參數(shù)、輸入輸出確定后，負(fù)載電流保證在大于某一數(shù)值范圍內(nèi)變化，負(fù)載不能過輕。大于某一數(shù)值范圍內(nèi)變化，負(fù)載不能過輕。(3) ZVS-QRCs也是通過調(diào)節(jié)脈沖頻率來調(diào)節(jié)輸出的?？烧{(diào)時(shí)間也是通過調(diào)節(jié)脈沖頻率來調(diào)節(jié)輸出的?？烧{(diào)時(shí)間段是（段是（t3-t4）導(dǎo)通時(shí)間導(dǎo)通時(shí)間。電壓轉(zhuǎn)換比：電壓轉(zhuǎn)換比：1關(guān)系圖關(guān)系圖(4) 電磁干擾減小電磁干擾減小ZIVri0ZIVri0二、二、ZCS-QRCs與與ZVS-Q

13、RCs的比較的比較(1) 對(duì)偶關(guān)系（見教材對(duì)偶關(guān)系（見教材P109）(2) 輸出調(diào)節(jié)均通過改變開關(guān)頻率，零電流改變關(guān)斷時(shí)間，零輸出調(diào)節(jié)均通過改變開關(guān)頻率，零電流改變關(guān)斷時(shí)間，零 電壓改變導(dǎo)通時(shí)間。電壓改變導(dǎo)通時(shí)間。(3) ZCS-QRCs中，開關(guān)通過的峰值電流為中，開關(guān)通過的峰值電流為 ，零流關(guān)斷必，零流關(guān)斷必須滿足須滿足 ，負(fù)載不能過重；，負(fù)載不能過重；ZVS-QRCs中，開關(guān)承受的電中，開關(guān)承受的電壓為壓為 ，為保證零壓導(dǎo)通，必須滿足，為保證零壓導(dǎo)通，必須滿足 ，即，即 ，負(fù)，負(fù)載不能過輕，當(dāng)負(fù)載變化較大時(shí)，開關(guān)會(huì)承受很高電壓，因此載不能過輕，當(dāng)負(fù)載變化較大時(shí)，開關(guān)會(huì)承受很高電壓，因此適用

14、于恒定負(fù)載。適用于恒定負(fù)載。(4) 頻率高時(shí)頻率高時(shí)ZVS-QRCs優(yōu)于優(yōu)于ZCS-QRCs，因因ZCS開通損耗與頻開通損耗與頻率有關(guān)，率有關(guān)，ZVS無這部分損耗。無這部分損耗。ZVIrin+0ZVIrin0ZIVri+0ZIVri0ZVIrin0Integrated ZCS Quasi-Resonant Power Factor Correction Converter Based on Flyback Topology應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例工作波形和模態(tài)分析工作波形和模態(tài)分析 工作波形和模態(tài)分析工作波形和模態(tài)分析 工作波形和模態(tài)分析工作波形和模態(tài)分析 實(shí)驗(yàn)波形實(shí)驗(yàn)波形課后完成的報(bào)告課后完成的報(bào)告Buck ZV