開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件

第1章開關(guān)電源技術(shù)及PFC概述1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)

1.2開關(guān)電源的構(gòu)成及特點(diǎn)

1.3改善開關(guān)電源諧波和功率因數(shù)的方法

第1章開關(guān)電源技術(shù)及PFC概述1.1什么是開1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆直流電源分為：線性電源和開關(guān)電源。

?線性電源是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。

圖1-1利用可變電阻穩(wěn)壓1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆直流電源分為：線性電源和開關(guān)電源◆實(shí)際電源電路中，通常利用負(fù)反饋原理，以輸出電壓的變化量去控制晶體管集電極與發(fā)射極之間的電阻值，原理電路見圖1-2。

圖1-2利用反饋加晶體管穩(wěn)壓1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆實(shí)際電源電路中，通常利用負(fù)反饋原理，以輸出電壓的變化量?常用的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源芯片有：78XX系列（正電壓型），79XX系列（負(fù)電壓型）（例如7805，輸出電壓為5V）；LM317（可調(diào)正電壓型），LM337（可調(diào)負(fù)電壓型）；

?由于調(diào)整管相當(dāng)于一個(gè)電阻，電流流過電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高（滿載才80%）。這是線性電源的一個(gè)主要缺點(diǎn)。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?常用的線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源芯片有：78XX系列（正電壓型），1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?線性電源特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，已有大量集成化的穩(wěn)壓電源模塊，穩(wěn)定性好，輸出紋波電壓小等。缺點(diǎn)：需要的變壓器為工頻變壓器體積大，效率低。

整流管流過和負(fù)責(zé)相同的電流，損耗增大；為減少紋波，輸入濾波電容容量要求大，否則脈動(dòng)電壓增加；此外，由于調(diào)整管功耗大，所以需要裝體積很大的散熱片，很難滿足現(xiàn)代電力電子設(shè)備發(fā)展的需求。1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?線性電源特點(diǎn)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?我們所說的開關(guān)電源技術(shù)特指采用PWM技術(shù)的DC/DC直流開關(guān)電源。?我們所用的電源是指經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能符合使用的需要。例如，交流變直流，高壓變低壓等。也就是我們所謂的粗電變精電的過程。

?廣義的說，各種采用開關(guān)器件的電力變換電路都可以叫做開關(guān)電源。

1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)?我們所說的開關(guān)電源■開關(guān)電源1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)■開關(guān)電源1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆開關(guān)電源的特點(diǎn)

?直流電直接由市電整流獲得，不需要工頻變壓器，體積小重量輕。

?工作頻率高，濾波電容數(shù)值小也使得整個(gè)電源體積小，重量輕。

?調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，提升了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性?！糸_關(guān)電源技術(shù)即現(xiàn)代電源技術(shù)。

1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆開關(guān)電源的特點(diǎn)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆電子設(shè)備的小型化和低成本化，使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求?！糸_關(guān)電源以其體積小、重量輕、效率高性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的線性電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)和設(shè)備中?！衄F(xiàn)代電源技術(shù)指開關(guān)電源技術(shù)1.1什么是開關(guān)電源技術(shù)◆電子設(shè)備的小型化和低成本化，使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r◆20世紀(jì)50年代，美國宇航局最先為搭載火箭開發(fā)了體積小，重量輕的開關(guān)電源。

◆20世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化。隨后90年代，開關(guān)電源在其他領(lǐng)域（電子，電氣設(shè)備、家電領(lǐng)域）得到了廣泛應(yīng)用。1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r◆20世紀(jì)50年代，美國宇航局◆開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢

?高頻化、小型化。開關(guān)電源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件決定。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效的減少儲(chǔ)能元件的體積、重量，而且還能抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。?高可靠性。從壽命的角度，提高電解電容，光耦，排風(fēng)扇的壽命。從設(shè)計(jì)的角度，提高電源集成度，減少元器件，簡化電路，提高可靠性。

1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r◆開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展趨勢1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?低噪聲。開關(guān)電源的頻率越高，噪聲也就越大。這是開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一。因此，盡可能降低噪聲是開關(guān)電源的發(fā)展方向（目前是諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)）

?采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制。采用CAD設(shè)計(jì)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù))，使開關(guān)電源具有最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機(jī)監(jiān)測，構(gòu)成多功能監(jiān)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)報(bào)警等。

1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?低噪聲。開關(guān)電源的頻率越高，噪聲也就越大。這是開關(guān)?電力電子器件和磁性元件的發(fā)展與開關(guān)電源發(fā)展是息息相關(guān)的。?研究低損耗，低噪聲技術(shù)以及開發(fā)新型（高速高頻）元器件，是開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)小型化、高頻化以及高可靠性的重要推動(dòng)。?

總之，高效率、小型化、智能化以及高可靠性是大勢所趨，也是開關(guān)電源今后的發(fā)展方向。1.2開關(guān)電源國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r?電力電子器件和磁性元件的發(fā)展與開關(guān)電源發(fā)展是息息相關(guān)的。11.3改善開關(guān)電源功率因數(shù)和諧波的方法◆開關(guān)電源諧波嚴(yán)重和功率因數(shù)低的原因：二極管整流和電容濾波

◆解決用電設(shè)備諧波污染的方法：

（一）增設(shè)電網(wǎng)補(bǔ)償裝置（有源和無源濾波）

（二）改進(jìn)電力電子裝置使之不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的諧波（PWM整流和功率因數(shù)校正技術(shù)）1.3改善開關(guān)電源功率因數(shù)和諧波的方法◆開關(guān)電源諧波嚴(yán)重和（3-4）◆功率因數(shù)校正(PowerFactorCorrection,PFC)實(shí)現(xiàn)的方法

（一）無源功率因數(shù)校正（PassivePowerFactorCorrection,PPFC）

（二）有源功率因數(shù)校正（ActivePowerFactorCorrection,APFC）（3-4）◆功率因數(shù)校正(PowerFactorCorr3-17無源功率因數(shù)校正(PPFC)技術(shù)是通過在整流電路中加入電感和電容等無源元件，使整流橋中的二極管導(dǎo)通時(shí)間變長，從而降低電流諧波，提高功率因數(shù)。它是傳統(tǒng)補(bǔ)償無功和抑制諧波的主要手段。PPFC技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單及成本低的優(yōu)點(diǎn)，雖然校正效果不如APFC技術(shù)理想，但在中小功率場合仍具有良好的應(yīng)用價(jià)值。（一）無源功率因數(shù)校正3-17無源功率因數(shù)校正(PPFC)技術(shù)是傳統(tǒng)無源濾波電路傳統(tǒng)無源濾波電路通常在分析PPFC原理時(shí)，采用的圖a所示的DCL方式電路，濾波電感接在整流橋的后面，而實(shí)際應(yīng)用中一般是將濾波電感接在整流橋的前面，采用的是圖所示的ACL方式電路，這種接法可以有效地去除直流分量，避免電感鐵心飽和。同時(shí)在相同的條件下，采用ACL方式輸出直流電壓損失較小，電源電壓利用率高。LC濾波電路中合適地選取電感值的大小，有利于PFC的效果。在輸出功率不變時(shí)，當(dāng)電感量較小(5mH)時(shí)，PFC效果不明顯，但隨著電感量的增大當(dāng)L=50mH時(shí)，整流二極管的導(dǎo)通時(shí)間變長，尖脈沖狀的輸入電流變得平滑，輸入電流總諧波減少。通常在分析PPFC原理時(shí)，采用的圖a所示的DCL方式電路，濾但當(dāng)L=300mH時(shí)，雖然高次諧波分量進(jìn)一步減小，輸入電流波形更近似于正弦波，但輸入電流與輸入電壓之間的相位差明顯加大，使得功率因數(shù)降低，無功功率增大，電源的利用率下降。從圖2-2中還可看出隨著電感量的增大直流輸出電壓明顯下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無源LC濾波電路在小功率場合應(yīng)用，PFC較好，不太適合功率大于300W的應(yīng)用場合。圖2-3所示為輸出功率P=300W時(shí)的輸入電流波形和諧渡頻譜圖，從圖中可知雖然高次諧波含量得到了非常好的抑制，但隨著輸出功率的增大，輸人電流與輸入電壓之間的相位差明顯加大，使得PFC效果較差。但當(dāng)L=300mH時(shí)，雖然高次諧波分量進(jìn)一步減小，輸入電流輸入電流波形和輸出電壓平均值輸入電流波形和輸出電壓平均值開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件PPFC技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、不需控制電路、EMI小。主要缺點(diǎn)是：（1）濾波電感和電容的值較大，因此體積較大，而且難以得到高功率因數(shù)（一般可提高到90%左右），在有些場合下，無法滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波限制要求；（2）如產(chǎn)生的諧波超過設(shè)計(jì)時(shí)的參數(shù)，會(huì)造成濾波器過載或損壞；PPFC技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是：簡單可靠、不需控制電路、EMI小。（3）濾波電容上的電壓是后級DC/DC變換器的輸入電壓，它隨輸入交流電壓和輸出負(fù)載的變化而變化，這個(gè)變化的電壓影響了DC/DC變換器的性能。由于PPFC技術(shù)采用低頻電感和電容進(jìn)行輸入濾波，工作性能與頻率、負(fù)載變化及輸入電壓變化有關(guān)，因此比較適合于功率相對較?。ㄈ缧∮?00W）、對體積和重量要求不高且對價(jià)格敏感的場合應(yīng)用。（3）濾波電容上的電壓是后級DC/DC變換器的輸入（二）有源功率因數(shù)校正（APFC）APFC技術(shù)由于電路工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，因此相對于PPFC技術(shù)具有體積小、重量輕、效率高的優(yōu)點(diǎn)，在開關(guān)電源中得到廣泛應(yīng)用。從不同的角度看，APFC技術(shù)有很多種分類方法。從電網(wǎng)供電方式來分，可分為單相APFC電路和三相APFC電路；從控制模式米分，可分為電流連續(xù)模式(ContinuousCurrern-Mode．CCM)、電流斷續(xù)模式（DiscontinuouaCUrrentMode，DCM）和電流臨界模式(BoundaryCurrent-Mode，BCM)從開關(guān)模式來分，可分為硬開關(guān)模式和軟開關(guān)模式；從電路構(gòu)成來分，可分為兩級APFC電路和單級APFC電路（二）有源功率因數(shù)校正（APFC）APFC在開關(guān)電源等電力電子裝置中實(shí)施功率因數(shù)校正措施，除了要滿足這些強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的要求、獲得市場準(zhǔn)入條件外，其意義還有以下幾點(diǎn)：

(1)在開關(guān)電源等電力電子裝置中，實(shí)施PFC措施后，由于減少了諧波電流含量，有利于降低對其他用電設(shè)備的干擾，功率因數(shù)的提高也有利于提高電網(wǎng)設(shè)備的利用率和節(jié)約電能。

(2)采取PFC措施后（一般都使用Boost電路），電源的允許輸入電壓范圍擴(kuò)大，可以達(dá)到90-270V（單相），能適應(yīng)世界各國不同的電網(wǎng)電壓，大大提高了開關(guān)電源的可靠性。

（三）在開關(guān)電源中實(shí)施功率因數(shù)校正的意義在開關(guān)電源等電力電子裝置中實(shí)施功率因數(shù)校正措施（3）采取PFC措施后，由于PFC電路的穩(wěn)壓作用，其輸出電壓是基本穩(wěn)定的，有利于后級DC/DC變換電路的工作點(diǎn)保持穩(wěn)定和提高控制精度。（4）可以提高電網(wǎng)設(shè)備的安全性，在三相四線制電路中，3次諧波在中線中的電流同相位，導(dǎo)致中線電流很大致使中線有可能因過電流發(fā)熱而引起火災(zāi)、損壞電氣設(shè)備。在開關(guān)電源等電力電子裝置中，采取PFC揩施后，減小了諧波電流分量，減小了中線電流，可有效提高供電系統(tǒng)的可靠性。（3）采取PFC措施后，由于PFC電路的穩(wěn)壓作用，其輸出電壓（5）可以提高開關(guān)電源等電力電子裝置自身的可靠性，如果不采取PFC措施，過大的尖蜂脈沖電流，嚴(yán)重危害直流側(cè)的濾波電容，引起二極管正向壓降增加、導(dǎo)致功耗增加。另外，輸入側(cè)的EMI濾波元件因承受高峰值電流脈沖，也需要加大參數(shù)指標(biāo)，以提高承受能力。（6）提高用電安全性，例如，美國從安全角度出發(fā)，提出功率因數(shù)的要求。在美國，辦公環(huán)境使用的110V/15A電源插座，由于UL（美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所）標(biāo)準(zhǔn)的限制只能使用12A的電流。如果電源效率為85%、PF=065，設(shè)備只能得到729.3W的功率(110V×12A×085×

65=729.3W)，功率再大就要跳閘。（5）可以提高開關(guān)電源等電力電子裝置自身的可靠性，如果不采同樣輸入條件下，增加輸出功率有兩種辦法：一是提高電源效率；二是提高功率因數(shù)。提高效率要受到電源電路水平的限制，難度較大，并且效果也不明顯，但提高功率因數(shù)則效果明顯，例如把PF=0.65提高到PF=099，設(shè)備在相同條件下就能得到1170的功率(110V×12A×085×099=1170W)，這樣就可以滿足新一代工作站、大功率音響設(shè)備等需要較大（一般都在700W以上）功率的要求。同樣輸入條件下，增加輸出功率有兩種辦法：一是提高電源效率；二（四）PFC技術(shù)的發(fā)展趨勢及研究熱點(diǎn)從無源到有源PFC得益于電力電子器件的發(fā)展，APFC從單相到三相，從硬開關(guān)到軟開關(guān)。研究熱點(diǎn)：（1）新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出，主要是基于已有的或新的原理得到新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以提高轉(zhuǎn)換效率或達(dá)到簡化電路結(jié)構(gòu)的目的。（2）把DC/DC變換器中的新技術(shù)應(yīng)用于APFC電路中。例如，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用可以提高開關(guān)頻率、減少開關(guān)損耗和EMI。（3)基于已有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新控制方法，以及基于新拓?fù)涞奶厥饪刂品椒ǖ难芯?，引入預(yù)測控制、空間矢量控制、單周期控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制以及模糊控制等新型控制策略可改善電路的性能?？傊?，成本低、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)，并且具有高響應(yīng)速度、低輸出電壓紋波提高功率因數(shù)變換器是研究人員追求的最終目標(biāo)。（四）PFC技術(shù)的發(fā)展趨勢及研究熱點(diǎn)從無源到有源PFC得益于第2章APFC的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.1升降壓變換電路

2.2單端正激變換電路

2.3單端反激變換電路

2.4推挽式變換電路

2.5

半橋和全橋變化電路第2章APFC的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)概述APFC機(jī)構(gòu)：兩級結(jié)構(gòu)和單級結(jié)構(gòu)兩級結(jié)構(gòu)第一級是PFC，通常采用BOOST電路，其任務(wù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化以及電壓粗調(diào)；第二級是DC/DC（直接或間接變換），其任務(wù)是對輸出電壓進(jìn)行細(xì)調(diào)。優(yōu)點(diǎn)：性能好，，技術(shù)成熟；缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、整機(jī)效率較低和性價(jià)比不高，適用于精密儀器電源等。單級結(jié)構(gòu)PFC和DC/DC變換合二為一，目的減少元器件、節(jié)約成本，提高效率和簡化控制。特點(diǎn)：整機(jī)效率高（電腦、電視的電源），性能稍差，所以目前研究主要集中在單級APFC。概述APFC機(jī)構(gòu)：兩級結(jié)構(gòu)和單級結(jié)構(gòu)兩級APFC結(jié)構(gòu)

單級APFC結(jié)構(gòu)

兩級APFC結(jié)構(gòu)單級APFC結(jié)構(gòu)2.1BUCK（BOOST)APFC變換電路（一）BUCK變換電路

帶有APFC的DC/DC和普通DC／DC變換器時(shí)主要有以下兩點(diǎn)不同：

（1）輸入電壓非穩(wěn)定的直流電壓；（2）輸出輸入電壓比非定值。

因此構(gòu)成PFC電路的變換器分析比較復(fù)雜。由于變換器中的開關(guān)頻率遠(yuǎn)高于輸入電壓頻率，因此在以下的分析中，我們采用準(zhǔn)靜態(tài)的方法分析變換器的工作，這種分析方法是建立在小信號線性化近似基礎(chǔ)上的。2.1BUCK（BOOST)APFC變換電路（一）B電路特點(diǎn)電流斷續(xù)，輸入功率因數(shù)低。BuckPFC變換器的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓較低。在低輸出電壓（33V-l.8V等）兩級式變換的場合，可“減小后級變換器的電壓傳輸比。缺點(diǎn)是無論其工作在DCM或者CCM模式，在輸入電壓過零附近，由于開關(guān)管將關(guān)斷，輸入電流為零，不能取得高功率因數(shù)。并且在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，輸入電流都是斷續(xù)的，輸入端需要較大的LC濾波器消除高頻紋波。電路特點(diǎn)電流斷續(xù)，輸入功率因數(shù)低。（二）BOOSTAPFC電路電路特點(diǎn)：有DCM和CCM兩種工作方式，電感足夠大時(shí)電網(wǎng)電流連續(xù)（常用）。濾波電感串聯(lián)在輸入端，輸入電流高頻紋波小。（二）BOOSTAPFC電路電路特點(diǎn)：有DCM和CCM（三）基于Cuk、Sepic和Zeta電路的PFC變換器

前三種基本拓?fù)涫怯秒姼凶鳛閭魉湍芰康脑?，基于Cuk、Sepic和Zeta電路的PFC變換器是用電容作為傳送能量的元件?；贑uk、Zeta和Sepic的PFC變換器工作原理相似，輸入電流和輸入電壓為同相位的正弦量，功率因數(shù)校正效果較理想，但并不廣為使用，原因是能量轉(zhuǎn)換用電容需要承受極大的紋波電流，這種電容成本高，可靠性也稍差些。（三）基于Cuk、Sepic和Zeta電路的PFC變換器開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件2.2正激APFC變換器圖2-2正激變換電路■正激電路(Forward)

◆工作過程

?開關(guān)VT開通后，變壓器原邊繞組兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的副邊繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)，因此VD處于通態(tài)。

?VT關(guān)斷后，電感L通過

VD1續(xù)流，VD關(guān)斷。?正激變換就是帶隔離的Buck斬波電路2.2正激APFC變換器圖2-2正激變換電路■正激電2.2正激APFC變換器圖2-3帶有磁復(fù)位的正激電路■正激電路的磁復(fù)位變壓器線圈電壓或電流回零時(shí)，磁芯中的磁通并不為零，稱之為剩磁。剩磁的累加可能導(dǎo)致磁芯飽和，因此正激電路需要磁復(fù)位技術(shù)。2.2正激APFC變換器圖2-3帶有磁復(fù)位的正激電路2.2正激APFC變換器圖2-4正激變換電路工作波形SuVT

iLiSOttttUiOOO圖2-5正激變換電路工作波形2.2正激APFC變換器圖2-4正激變換電路工作波形2.2正激APFC變換器

◆

變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間為,◆輸出電壓

?輸出濾波電感電流連續(xù)時(shí)

磁復(fù)位期間，開關(guān)管兩端電壓為

2.2正激APFC變換器◆變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間

◆

變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間變壓器原邊磁通的增加量等于關(guān)斷期間磁通的減少量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間2.2正激APFC變換器◆變壓器的磁心復(fù)位所需的時(shí)間推導(dǎo)：導(dǎo)通期間關(guān)斷期間2

◆

輸出電壓推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間電感儲(chǔ)存的能量等于關(guān)斷期間電感釋放的能量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間2.2正激APFC變換器◆輸出電壓推導(dǎo)：導(dǎo)通期間關(guān)斷期間2.2正激APF正激電路的缺點(diǎn)?正激變換器因?yàn)閺?fù)位繞組的存在使變壓器體積增加。?正激變換器的占空比不能太大（小于50%），會(huì)引起磁芯飽和以及關(guān)斷期間不能完成磁復(fù)位。（通過減少復(fù)位繞組匝數(shù)解決，但會(huì)增加關(guān)斷期間開關(guān)管兩端的電壓）。?單管正激電路很少采用2.2正激APFC變換器正激電路的缺點(diǎn)2.2正激APFC變換器圖2-6雙管正激變換電路2.2正激APFC變換器圖2-6雙管正激變換電路2.2正激APFC變換器2.2正激APFC變換器雙管正激電路的特點(diǎn)?取消復(fù)位繞組，降低了變壓器的體積和工藝要求。?開關(guān)管承受的電壓降低（電源電壓和二極管的管壓降）。?雙管正激電路可靠性高（不存在直通問題），結(jié)構(gòu)簡單，在中小功率開關(guān)電源中應(yīng)用比較普遍。2.2正激APFC變換器雙管正激電路的特點(diǎn)工作原理Flyback電路是最簡單的單級PFC電路，長期以來是非常流行的一種電路拓?fù)?。變壓器既是一種儲(chǔ)能裝置，又起到隔離變換的作用。對輸入電路而言，DC/DC變換器可等效為一個(gè)受占空比控制的無損電阻，可使輸入功率因數(shù)近似為1。Flyback電路因工作在DCM狀態(tài)下，開關(guān)管的電流應(yīng)力很大，同時(shí)由于以低于輸入交流頻率的頻率進(jìn)行PWM控制，輸出電壓中含有很高的低頻紋渡，除了特殊用途一般不單獨(dú)使用。2.3反激（Flyback）APFC變換器工作原理2.3反激（Flyback）APFC變換器2.3單端反激變換器依據(jù)變壓器二次側(cè)能量在截止期間是否完全傳送出去，反激電路的工作狀態(tài)分為兩種：?電流連續(xù)

導(dǎo)通期間

截止期間

由磁通平衡原理得：2.3單端反激變換器依據(jù)變壓器二次側(cè)能量在截止期間是否完全傳2.3單端反激變換器?電流斷續(xù)此時(shí)先求出電流斷續(xù)發(fā)生時(shí)刻

求得

輸入電源在一個(gè)周期內(nèi)提供的平均功率為：

注意：反激電路不能開路，此時(shí)2.3單端反激變換器?電流斷續(xù)此時(shí)先求出電流斷續(xù)發(fā)生時(shí)反激電路特點(diǎn)：?電路簡單。沒有續(xù)流二極管和濾波儲(chǔ)能電感，不需要復(fù)位繞組（開關(guān)管關(guān)斷期間，二次側(cè)繞組完成能量傳遞，同時(shí)完成磁復(fù)位）?輸出電壓紋波大。(可以增大濾波電容，但會(huì)增加成本和體積）?主要用于100W左右的小功率電源，且對電源性能指標(biāo)要求不太嚴(yán)格的場合。2.3單端反激變換器反激電路特點(diǎn)：2.3單端反激變換器反激變換器設(shè)計(jì)存在的困難?當(dāng)反激電路工作于電流連續(xù)時(shí)，直流分量相當(dāng)大，處理不當(dāng)會(huì)造成磁芯飽和，功率管損壞。?為避免飽和，變壓器磁芯應(yīng)增加氣隙。氣隙的調(diào)整是一件麻煩的工作。因?yàn)闅庀对黾訒?huì)使漏感增加，而且自感減少（會(huì)影響到輸出電壓以及單位時(shí)間能量的傳輸),因此，必須加以綜合考慮。?為防止開關(guān)管承受電壓過大，占空比D不能太大，一般為0.3~0.4。占空比的減小，會(huì)影響到輸出電壓減小。參數(shù)之間關(guān)系相互牽制，需要綜合考慮。而正激電路與占空比無關(guān)。2.3單端反激變換器反激變換器設(shè)計(jì)存在的困難2.3單端反激變換器2.4基于Flyback的全橋PFC變換器

PFC技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)逐漸融入到了許多優(yōu)秀的變換器電路中。這些新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以很好地抑制變換器輸入諧波，整定輸人電流波形，同時(shí)又具有極好的輸出特性，充分發(fā)揮PFC電路和功率變換電路的優(yōu)勢。

Boost電路作為PFC的優(yōu)秀拓?fù)洌c全橋、推挽、半橋等拓?fù)涞慕Y(jié)合可以獲得性能良好的新型單級PFC變換器拓?fù)?。圖2-5所示電路為Boost電路與全橋變換器合成的單級PFC電路。該電路可以實(shí)現(xiàn)對輸入電流波形的整定，同時(shí)又可以應(yīng)用于較大功率場臺(tái)，發(fā)揮了全橋電路的優(yōu)勢。同時(shí)，PFC電路還可以與其他電路結(jié)合，也能達(dá)到很好的效果2.4基于Flyback的全橋PFC變換器PFC技術(shù)發(fā)展開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件

工作原理：當(dāng)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于BoostPFC電路的開關(guān)S導(dǎo)通，電感L充電；當(dāng)VT1、VT4或VT2、VT3同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于BoostPFC電路的開關(guān)S關(guān)斷，輸入電壓和電感同時(shí)向負(fù)載供電。所以，變換器在工作原理上可以等效成基本的BoostPFC電路。工作原理：當(dāng)VT1、VT2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于BoostP倍流整流和同步整流（補(bǔ)充）用倍流電路代替全橋整流或變壓器副邊的中心抽頭電路，以減少導(dǎo)通損耗（低壓場合）以及變壓器工藝復(fù)雜性（2）輸出端整流一般用肖特基二極管（3）在低壓輸出場合（2V或更低）輸出端整流用小功率低壓MOS管代替肖特基二極管，因?yàn)樾」β蔒OS管的壓降更低，可以提高效率。（4）這種電路稱做同步整流，而同步整流技術(shù)也成為低壓大電流高頻整流技術(shù)中不可或缺的部分倍流整流和同步整流（補(bǔ)充）用倍流電路代替全橋整流或變壓器副邊圖2-8倍頻整流電路圖2-8同步整流電路圖2-8倍頻整流電路圖2-8同步整流電路2.4推挽變換器與雙管正激電路區(qū)別（從電路結(jié)構(gòu)和兩個(gè)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號區(qū)分）變壓器磁芯工作在一三象限，即雙向磁化。工作原理?重新定義占空比在半個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通，關(guān)斷一次。

?分析VT1導(dǎo)通時(shí)，變壓器副邊二極管VD3導(dǎo)通，把一次側(cè)能量傳遞給負(fù)載。VT1截止后，變壓器經(jīng)二極管VD2復(fù)位，將VT1導(dǎo)通期間的勵(lì)磁能量返回電源。此時(shí)變壓器副邊兩個(gè)二極管（變壓器漏感的原因）都導(dǎo)通，把變壓器一、二次側(cè)電壓鉗位為零。

2.4推挽變換器與雙管正激電路區(qū)別（從電路結(jié)構(gòu)和兩個(gè)2.3推挽變換器圖2-8推挽式變換電路2.3推挽變換器圖2-8推挽式變換電路開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件2.3推挽變換器S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖2-9推挽電路的理想化波形2.3推挽變換器S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS

◆

輸出電壓推導(dǎo)：利用開關(guān)管導(dǎo)通期間電感儲(chǔ)存的能量等于關(guān)斷期間電感釋放的能量。

導(dǎo)通期間

關(guān)斷期間2.3推挽變換器◆輸出電壓推導(dǎo)：導(dǎo)通期間關(guān)斷期間2.3推挽變換器2.3推挽變換器

?當(dāng)輸出電感電流連續(xù)時(shí)?

當(dāng)輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓Uo將連續(xù)時(shí)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下

?其它關(guān)系式（1）開關(guān)管VT1(VT2)截止時(shí)承受的電壓為2Ui。為(適用于低輸入電壓場合）（2）整流管承受的電壓為（3）與開關(guān)管并聯(lián)的二極管承受的電壓為2Ui2.3推挽變換器?當(dāng)輸出電感電流連續(xù)時(shí)2.3推挽變換器推挽式的優(yōu)點(diǎn)：

?電壓利用率高。開關(guān)和交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的電路中。

?推挽式開關(guān)電源的兩個(gè)開關(guān)器件有一個(gè)公共接地端，相對于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動(dòng)電路要簡單很多，這也是推挽式開關(guān)電源的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。2.3推挽變換器推挽式的優(yōu)點(diǎn)：2.3推挽變換器

?雙極性磁化使得變壓器，磁感應(yīng)變化范圍比單極性大，變壓器鐵心不需要?dú)庀?，增加了電源的效率缺點(diǎn)：?開關(guān)器件需要很高的耐壓，輸入電壓兩倍。?變壓器有兩組初級線圈，對于小功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)缺點(diǎn)，對于大功率輸出的推挽式開關(guān)電源是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。2.3推挽變換器?雙極性磁化使得變壓器，磁感應(yīng)變化范圍2.4半橋電路圖2-10半橋電路原理圖2.4半橋電路圖2-10半橋電路原理圖開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件圖2-11半橋電路的理想化波形2.4半橋電路圖2-11半橋電路的理想化波形2.4半橋電路2.4半橋電路◆工作過程

?VT1導(dǎo)通時(shí)二極管，VD3處于通態(tài)，VD4截止，電感儲(chǔ)能，電流增加。

?VT1截止后，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，一次側(cè)電流VT2經(jīng)并聯(lián)的二極管VD2續(xù)流，由于VD2

的導(dǎo)通，一次側(cè)電壓變?yōu)樨?fù)值，二極管VD4導(dǎo)通，VD3繼續(xù)導(dǎo)通（變壓器漏感)，VD3和VD4都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的負(fù)載電流，變壓器繞組中的電流為零。

?后半個(gè)周期的工作過程與之前相似，只是一次電壓、電流反向，二次側(cè)電壓也反向。其數(shù)值關(guān)系不變。2.4半橋電路◆工作過程2.4半橋電路◆輸出電壓

?濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，利用半個(gè)周期內(nèi)電感電流的增加量與其減少量相等，得

?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下?其它關(guān)系式（1）開關(guān)管VT1(VT2)截止時(shí)承受的電壓為Ui。為(適用于高輸入電壓場合）（2）整流管承受的電壓為（3）與開關(guān)管并聯(lián)的二極管承受的電壓為Ui2.4半橋電路◆輸出電壓?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo2.4半橋電路◆半橋電路的偏磁現(xiàn)象及解決

?半橋電路由于兩個(gè)開關(guān)工作特性不同而導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)間不對稱，從而造成的變壓器一次側(cè)電壓出現(xiàn)直流分量。這種現(xiàn)象稱為直流偏磁。直流諞磁容易造成變壓器飽和。?通常通過在一次側(cè)串聯(lián)耦合電容解決。由于電容的隔直作用，半橋電路對由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用。?注意電容選等效電阻小的，否則分壓太大。因此耦合電容容量不能太大，通常選用無極性的薄膜電容。2.4半橋電路◆半橋電路的偏磁現(xiàn)象及解決2.5全橋電路圖2-12全橋電路原理圖

2.5全橋電路圖2-12全橋電路原理圖2.5全橋電路S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS2tonTtttttttt2Ui2UiiLiLOOOOOOOO圖2-13全橋電路的理想化波形2.5全橋電路S1S2uS1uS2iS1iS2iD1iS22.5全橋電路■全橋電路

◆工作過程

?全橋電路中，互為對角的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，同一側(cè)半橋上下兩開關(guān)交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui的交流電壓，改變占空比就可以改變輸出電壓。

?當(dāng)VT1與VT4開通后，VD5處于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升。?當(dāng)VT2與VT3開通后，VD6處于通態(tài)，電感L的電流也上升。

?當(dāng)4個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，VD5

、VD6都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電感電流，電感L的電流逐漸下降。2.5全橋電路■全橋電路2.5全橋電路◆輸出電壓

?濾波電感電流連續(xù)時(shí)

?輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下

2.5全橋電路◆輸出電壓?輸出電感電流不連續(xù)，輸出2.5全橋電路

?如果VT1、VT4與VT2、VT3的導(dǎo)通時(shí)間不對稱，則交流電壓uT中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流分量，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。

?為避免同一側(cè)半橋中上下兩開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，每個(gè)開關(guān)的占空比不能超過50%，還應(yīng)留有裕量。

2.5全橋電路?如果VT1、VT4與VT2、VT3電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域正激電路較簡單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單變壓器單向激磁，利用率低幾百W~幾kW各種中、小功率電源反激電路非常簡單，成本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡單難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向激磁，利用率低幾W~幾十W小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾百kW大功率工業(yè)用電源、焊接電源、電解電源等半橋變壓器雙向勵(lì)磁，沒有變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低有直通問題，可靠性低，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路幾百W~幾kW各種工業(yè)用電源，計(jì)算機(jī)電源等推挽變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次側(cè)電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡單有偏磁問題幾百W~幾kW低輸入電壓的電源表2-1各種不同的間接直流變流電路的比較變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率表2-1各種不同的間接直流

隨著PFC的應(yīng)用普及，APFC電路拓?fù)淙諠u成熟。但關(guān)于APFC的控制策略的研究目前仍然十分活躍，這從側(cè)面反映出該領(lǐng)域還有許多問題尚待解決。APFC技術(shù)的每一種控制策略都有其各自的優(yōu)勢和不足，本章介紹幾種常用的APFC控制策略，對比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場合，并指出APFC控制技術(shù)的發(fā)展趨勢。前文提到，根據(jù)功率因數(shù)校正用電感電流是否連續(xù)，APFC可分為電流連續(xù)模式(CCM)和電流斷續(xù)模式(DCM)。以及介于兩者之間的電流臨界模式(BCM)。有的電路還根據(jù)負(fù)載功率的大小，使得變換器在DCM和CCM之間互相轉(zhuǎn)換，稱為混聯(lián)模式(MCM)。當(dāng)變換器工作在不同的導(dǎo)通模式時(shí)，其功率因數(shù)校正的控制方法完全不同。第3章APFC控制策略隨著PFC的應(yīng)用普及，APFC電路拓?fù)淙諠u成熟。但關(guān)于AP4.1CCM控制策略CCM模式下的電流控制是目前應(yīng)用最多的控制方式。CCM模式下有直接電流控制和間接電流控制兩種方式。直接電流控制是直接選取瞬態(tài)電感電流作為反饋量和控制量，其優(yōu)點(diǎn)是電流的瞬態(tài)特性好，自身具有過電流保護(hù)能力，但是需要檢測瞬態(tài)電流，控制電踣稍顯復(fù)雜；間接電流控制是通過控制整流橋輸入端電壓來間接實(shí)現(xiàn)對電流的控制，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)機(jī)理清晰。在CCM模式下，直接電流控制是應(yīng)用最多的方式，它也是發(fā)展的主流，適用于對系統(tǒng)性能要求較高的大功率場合。4.1CCM控制策略CCM模式下的電流控制是目前應(yīng)用最多的開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件（一）峰值電流控制（一）峰值電流控制峰值電流控制屬于定頻控制。每一開關(guān)周期開始時(shí)MOS管導(dǎo)通，電感電流線性增加，然后將電感電流的檢測信號與參考信號相比，當(dāng)電感電流檢測值等于電感電流參考值時(shí)，MOS管關(guān)斷，電感電流減少，當(dāng)電感電流降為零時(shí)，MOS管再導(dǎo)通，如此周而復(fù)始。電感電流的參考信號由系統(tǒng)輸出電壓檢測值與給定值相減，再經(jīng)由PI調(diào)節(jié)器，然后將PI調(diào)節(jié)器的輸出與整流橋后端的boost電路輸入電壓波形相乘得到。由于電感電流參考信號由電壓反饋環(huán)決定，當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)電感電流的包絡(luò)基本為正弦波。峰值電流控制屬于定頻控制。每一開關(guān)周期開始時(shí)MOS管導(dǎo)通，電峰值電流控制的斜坡補(bǔ)償（1）在電源電壓過零附近加在電感兩端的電壓很小,需要較長的開通時(shí)間,才能達(dá)到電流基準(zhǔn),而又由于定頻時(shí)鐘周期的限制,從而使電感電流在開關(guān)周期內(nèi)不可能達(dá)到電流基準(zhǔn)。在這些開關(guān)周期內(nèi),電流工作在不連續(xù)模式(DCM)。（2）斜坡補(bǔ)償相當(dāng)于在電感電流中加入一個(gè)斜波信號，亦或在參考信號減去一個(gè)斜波信號，從而來增加導(dǎo)通時(shí)間，使其電流達(dá)到基準(zhǔn)值。（3）斜坡補(bǔ)償要得當(dāng)，同時(shí)也會(huì)帶來失真、功率因數(shù)下降等問題峰值電流控制的斜坡補(bǔ)償只有一個(gè)電壓環(huán)，輸入電流的峰值包絡(luò)線跟蹤輸入電壓波形。優(yōu)點(diǎn)：簡單易于實(shí)現(xiàn)（芯片L6561/6562，ML4812，4819等）缺點(diǎn)：（1）占空比受輸出電壓和電感電流共同作用，超過50%

容易不穩(wěn)定（2）當(dāng)交流電網(wǎng)電壓從零上升到峰值電壓時(shí)，占空比也由

最大值變至最小值，因此有可能產(chǎn)生高次諧渡振蕩。為克

服這

一缺點(diǎn)，必須在比較器的輸人端增加一個(gè)斜率補(bǔ)償（

或稱斜坡補(bǔ)償）函數(shù)，以便在占空比廣泛變化內(nèi)，電路能

穩(wěn)定工作。

（3）電流峰值和平均值之間存在誤差，有些條件下還很大

，以至于無法滿足THD很小的要求（4）電感電流的峰值對噪聲變化相當(dāng)敏感。總結(jié)：這種方法在APFC控制中逐漸被淘汰。只有一個(gè)電壓環(huán)，輸入電流的峰值包絡(luò)線跟蹤輸入電壓波形。（二）平均電流控制（二）平均電流控制

平均電流控制中的電流環(huán)有較高的增益帶寬，它使跟蹤誤差產(chǎn)生的畸變很小，容易實(shí)現(xiàn)接近于1的功率因數(shù)。同時(shí)對噪聲不敏感、穩(wěn)定性高，因而得到了廣泛的應(yīng)用。以平均電流控制原理設(shè)計(jì)的PFC集成控制器常用的有UC3854，在單相Boost型電路得到了普遍應(yīng)用。其他平均電流型控制IC有TDA4819，C33368、ML4821等平均電流控制中的電流環(huán)有較高的增益帶寬，它使跟蹤(三）滯環(huán)控制(三）滯環(huán)控制滯環(huán)控制特點(diǎn)：

(1)控制簡單、電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、具有內(nèi)在的電流限制能力；(2)開關(guān)頻率在一個(gè)工頻周期中不恒定，引起EMI的問題和電流過零點(diǎn)的死區(qū)。

(3)負(fù)載對開關(guān)頻率影響很大，濾波器只能接最低頻率設(shè)計(jì)，因此不可能得到體積和重量最小的設(shè)計(jì)；

(4)滯環(huán)寬度對開美頻率和系統(tǒng)性能影響大，需合理選取?？刂艻C有CS3810等滯環(huán)控制特點(diǎn)：

DCM控制的方法又稱為電壓跟蹤法，是APFC控制中一種簡單而又實(shí)用的方法，應(yīng)用較為廣泛。升壓變換器的電壓“跟隨”特性在每一開關(guān)周期內(nèi),流過電感的平均電流穩(wěn)態(tài)時(shí)，D和T不變，電感電流平均值和輸入電壓成正比，輸入電流平均值能夠自動(dòng)“跟蹤”輸入電壓呈正弦波，因此不再需要輸入電流控制環(huán)。DCM控制的方法又稱為電壓跟蹤法，是APFC控制中一種簡單開關(guān)電源與有源功率因數(shù)校正技術(shù)課件（一）基于3842的恒頻控制此控制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡單，缺點(diǎn)是輸入功率因數(shù)的理想值不能達(dá)到1，輸出電壓與輸入電壓峰值的比值越大，輸入電流畸變程度越小。該控制方式下的電流THD可控制在10%以內(nèi)。（一）基于3842的恒頻控制此控制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是控制電路簡（一）基于3852的變頻控制（一）基于3852的變頻控制與電流連續(xù)（CCM）的不同之處在于把乘法器換成加法器（因?yàn)殡娏鲾嗬m(xù)，不用乘法器）功率管可實(shí)現(xiàn)零電流開通，同時(shí)不需要連續(xù)導(dǎo)通模式那樣復(fù)雜的控制回路，使用通常的PWM控制就可實(shí)現(xiàn)。由于不連續(xù)導(dǎo)通模式的控制電路簡單，成本低，因此非常適合在數(shù)百瓦的小功率領(lǐng)域應(yīng)用；應(yīng)用于數(shù)千瓦的大功率電力電子裝置時(shí)，輸人EMI和半導(dǎo)體器件的電流應(yīng)力較大。分恒頻和變頻兩種控制方式與電流連續(xù)（CCM）的不同之處在于把乘法器換成加法器（因?yàn)殡?.3APFC的新型控制策略（單周期控制）4.3APFC的新型控制策略（單周期控制）每個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，S1斷開積分器開始積分，當(dāng)兩者相等時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，S1閉合，積分器開始復(fù)位。常用芯片為IR1150每個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，S1斷開積分器開始積分，當(dāng)兩者相等時(shí)，比APFC的發(fā)展趨勢尋求更加簡化的控制策略、降低PFC成本、減小THD和EMI、降低器件開關(guān)應(yīng)力、提高整機(jī)效率仍然是今后APFC控制策略的發(fā)展趨勢。中大功率的電力電子設(shè)備在電網(wǎng)中占有很大比重，因此，三相APFC應(yīng)是APFC研究的重點(diǎn)。隨著三相APFC整機(jī)成本的提高和開關(guān)頻率的降低，依托高速的數(shù)字處理器，數(shù)字控制成為發(fā)展的主流。由于各種控制策略都有優(yōu)缺點(diǎn)，將各種控制策略合理搭配，取長補(bǔ)短，可以得到理想的控制效果，這也是控制技術(shù)發(fā)展的個(gè)方向。APFC的發(fā)展趨勢尋求更加簡化的控制策略、降低PFC成本、減第3章開關(guān)電源中高頻磁元件的設(shè)計(jì)

3.1磁性材料概述

3.2高頻變壓器磁芯的選擇

3.3高頻變壓器的設(shè)計(jì)

3.3電感器和反激變換器設(shè)計(jì)

第3章開關(guān)電源中高頻磁元件的設(shè)計(jì)3.1磁性材料概述◆磁性元件在開關(guān)電源中的應(yīng)用

磁性元件是儲(chǔ)能、轉(zhuǎn)換及隔離所必備的元件，常把它作為變壓器或電感器來使用。?當(dāng)變壓器主要用于電氣隔離，能量傳遞，升降壓以及電壓電流測量。?當(dāng)電感器主要用于儲(chǔ)能、濾波，抑制電流尖峰，與電容產(chǎn)生諧振，實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。3.1磁性材料概述◆磁性元件在開關(guān)電源中的應(yīng)用3.2高頻變壓器磁芯的選擇◆高頻變壓器所用磁性材料

磁芯是制造高頻變壓器的重要組成材料，設(shè)計(jì)合理、正確地選擇磁芯材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)，對變壓器的性能和可靠性以及電源整機(jī)的性能至關(guān)重要。一、高頻變壓器對磁芯材料的要求?具有高的磁感應(yīng)密度Bs。鐵芯尺寸一定時(shí)，工作磁感應(yīng)密度越高，可傳輸?shù)墓β试酱?。同等功率傳輸條件下，鐵芯的體積和重量可以減少。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇◆高頻變壓器所用磁性材料?具有低的鐵損PC。鐵損包括磁滯損耗、渦流損耗等。磁阻損耗是由于磁性材料在磁化過程中的不可逆現(xiàn)象造成。其數(shù)值正比于磁滯回線的面積。渦流損耗是由于交變磁通在磁芯中產(chǎn)生交流電勢而引起渦流所致的損耗。渦流損耗與電阻率成反比。因此，高頻變壓器應(yīng)選用磁滯回線窄、電阻率高、密度大的材料。?具有高的磁導(dǎo)率μ

磁導(dǎo)率是衡量物質(zhì)對磁場所呈現(xiàn)的性質(zhì)的物理量。磁導(dǎo)率雖然與變壓器傳輸功率沒有直接關(guān)系，但在高頻變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，還是希望選用磁導(dǎo)率高的磁芯材料。在磁芯尺寸一定的條件下，磁導(dǎo)率越高，電感量越大，磁化電流減小。在同等電感量L下，μ值大，線圈的匝數(shù)可以減少。這在單極性變換器中，變壓器初級電感儲(chǔ)能要求尤為重要。3.2高頻變壓器磁芯的選擇?具有低的鐵損PC。鐵損包括磁滯損耗、渦流損耗等。磁阻損耗是?磁芯的結(jié)構(gòu)要合理。選擇磁芯結(jié)構(gòu)考慮的因素主要有：低的漏磁和漏感；有利于散熱；繞制工藝簡單，裝配容易方便等。?其他性能要求，如好的機(jī)械特性；小的工作噪聲；寬的工作頻率范圍；好的溫度穩(wěn)定性以及好的性價(jià)比等。二、開關(guān)電源變壓器常用磁芯材料

開關(guān)電源高頻變壓器所用磁芯材料，大多數(shù)是采用低磁場下使用的軟磁材料，它具有高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電阻率。這類磁芯材料的種類、規(guī)格繁多，性能參數(shù)指標(biāo)各異，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行選取。3.1高頻變壓器磁芯的選擇?磁芯的結(jié)構(gòu)要合理。選擇磁芯結(jié)構(gòu)考慮的因素主要有：低的漏磁和

目前開關(guān)電源中變壓器的磁芯材料大多采用軟磁鐵氧體材料。鐵氧體材料的特點(diǎn)是：電阻率高，交流渦流損耗小，價(jià)格低、易于加工成各種形狀結(jié)構(gòu)的磁芯。不足之處是：飽和磁感應(yīng)密度低，磁導(dǎo)率不高，磁性能對溫度的變化較敏感。在大功率開關(guān)電源中，因?yàn)殍F氧體的磁通密度低，磁芯的體積、重量加大，繞組所用銅材增加，其價(jià)格優(yōu)勢無法顯露，小型化，輕量化受到限制。因此，非晶、超微晶磁性材料受到青睞。這類材料除電阻率低外，綜合性能比鐵氧體優(yōu)異，但價(jià)格要貴（隨著工藝發(fā)展，其價(jià)格也是逐漸降低）。同時(shí)，節(jié)能是非晶、超微晶磁性的優(yōu)勢。所以，非晶、超微晶將成為高頻大功率開關(guān)電源變壓器磁芯材料的最佳選擇。3.1高頻變壓器磁芯的選擇目前開關(guān)電源中變壓器的磁芯材料大多采用

設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)預(yù)先知道電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作頻率、輸入輸出功率，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)知道所設(shè)計(jì)的變壓器允許多大損耗?？偸且宰顗那闆r設(shè)計(jì)變壓器，保證設(shè)計(jì)的變壓器在規(guī)定的任何情況下都能正常工作?！糇儔浩髟O(shè)計(jì)一般問題?變壓器寄生參數(shù)及其影響（1）漏感。漏感儲(chǔ)存的能量與負(fù)載電流和線圈電流的平方成正比。漏感阻止開關(guān)和整流器電流的瞬態(tài)變化，使輸出特性變軟。（2）激磁電感激磁電感和漏感能量在開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬時(shí)引起電壓尖峰，是EMI的主要來源。通過緩沖電路解決，但也有損耗，因此漏感和激磁電感降低變換器的效率。3.2高頻變壓器磁芯的選擇設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，應(yīng)當(dāng)預(yù)先知道電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作?溫升和損耗

在設(shè)計(jì)開關(guān)電源開始時(shí)，根據(jù)輸出功率，輸入輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)范圍，環(huán)境條件等因素，設(shè)計(jì)者憑經(jīng)驗(yàn)或參照同類樣機(jī)，給出一個(gè)可能達(dá)到的效率，由此得到總損耗值，在將總損耗分配到各損耗部件，得到變壓器的允許損耗。變壓器損耗使得線圈和磁芯溫度升高，線圈中心靠近磁芯表面溫度最高。變壓器內(nèi)部溫度受磁芯和絕緣材料限制。如果溫升過高，應(yīng)當(dāng)采用較大尺寸的磁芯。如果要求體積較小，應(yīng)當(dāng)采用合金磁芯和高絕緣等級的絕緣材料。這些材料允許較高溫升，但損耗增加，效率降低。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇?溫升和損耗3.2高頻變壓器磁芯的選擇

（1）磁芯損耗變壓器損耗分為磁芯損耗和線圈損耗，很難精確估計(jì)。磁芯損耗包括磁滯損耗和渦流損耗。線圈損耗包括直流損耗和高頻損耗。引起變壓器溫升的主要是穩(wěn)態(tài)損耗，而不是瞬態(tài)損耗。一般在200~300kHz一下，磁滯損耗為主，在更高頻率時(shí)，因?yàn)闇u流損耗隨頻率平方上升，超過磁滯損耗。

（2）線圈損耗低頻線圈損耗是容易計(jì)算的，但高頻時(shí)由于集膚效應(yīng)的存在使得線圈損耗很難精確確定，因?yàn)殚_關(guān)電流矩形波包含高次諧波。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇（1）磁芯損耗變壓器損耗分為磁芯損耗和線圈損耗，很難3.2高頻變壓器磁芯的選擇?電路拓?fù)涓鞣N電路拓?fù)溥m用一定的功率范圍，但不是絕對的。反激電路主用用于功率范圍0~150W,單端正激50~500W，半橋100~1000W，而全橋500W以上。以上范圍不是絕對，實(shí)際產(chǎn)品中有低壓輸入的1500W。次級采用全橋或全波，這樣可以實(shí)現(xiàn)雙向磁化。?占空比

根據(jù)輸入輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，在輸入電壓最低時(shí)應(yīng)保證輸出最高電壓，及最大占空比。實(shí)際電路中，存在整流二極管壓降，初級次級線圈電阻，也影響最大占空比。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇?電路拓?fù)?.2高頻變壓器磁芯的選擇?匝數(shù)和匝比變壓器初級一般電壓較高，其匝數(shù)易于調(diào)整。而次級一般匝數(shù)較少，工作頻率越高，次級有可能只有一匝或少于一匝。如果取整，將帶來很大的匝比誤差。?磁芯選擇

（1）材料。（鐵氧體和非晶、超微晶）（2）形狀選擇磁芯形狀應(yīng)保證磁芯窗口盡可能寬，這樣可以加大線圈寬度，減少線圈的層數(shù)，使交流電阻和漏感減少。鐵氧體形狀有罐型、PQ型、EE型，U型，環(huán)型等。

3.2高頻變壓器磁芯的選擇?匝數(shù)和匝比3.2高頻變壓器磁芯的選擇

（3）尺寸磁芯尺寸的選擇常用的方法有3種：第一種是先求出磁芯窗口面積與磁芯有效截面積的乘積AP,根據(jù)AP值，查表找出磁性材料的編號，稱為AP法。第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，稱為kg法；第三種方法是直接根據(jù)電路拓?fù)?，輸出功率，開關(guān)頻率、磁芯材料和形狀查表得出磁芯型號，為查表法。常用的是AP法——面積乘積法。實(shí)際應(yīng)用通常使用的經(jīng)驗(yàn)公式為：

3.2高頻變壓器磁芯的選擇（3）尺寸磁芯尺寸的選擇第4章軟開關(guān)技術(shù)

4.1軟開關(guān)的基本概念

4.2軟開關(guān)電路的分類

4.3典型的軟開關(guān)電路

4.4軟開關(guān)技術(shù)新進(jìn)展

本章小結(jié)第4章軟開關(guān)技術(shù)引言■現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化、輕量化，同時(shí)對裝置的效率和電磁兼容性也提出了更高的要求?！鲭娏﹄娮与娐返母哳l化

◆可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝置小型化、輕量化。

◆開關(guān)損耗增加，電路效率嚴(yán)重下降，電磁干擾增大?！鲕涢_關(guān)技術(shù)

◆降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。

◆使開關(guān)頻率可以大幅度提高。引言■現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化、輕量化，同時(shí)對裝置4.1軟開關(guān)的基本概念

4.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)

4.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)4.1軟開關(guān)的基本概念8.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)■硬開關(guān)

◆開關(guān)過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關(guān)損耗。

◆電壓和電流變化的速度很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，從而產(chǎn)生了開關(guān)噪聲。

◆開關(guān)損耗與開關(guān)頻率之間呈線性關(guān)系，因此當(dāng)硬電路的工作頻率不太高時(shí)，開關(guān)損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)損耗就越來越顯著。

8.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)■硬開關(guān)8.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)■軟開關(guān)◆通過在硬開關(guān)電路中增加很小的電感Lr和電容Cr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，使開關(guān)開通前電壓先降到零，關(guān)斷前電流先降到零，消除了開關(guān)過程中電壓、電流的重疊，從而大大減小甚至消除開關(guān)損耗，同時(shí)，諧振過程限值了開關(guān)過程中電壓和電流的變化率，這使得開關(guān)噪聲也顯著減小，這樣的電路稱為軟開關(guān)電路，具有這樣開關(guān)過程的開關(guān)稱為軟開關(guān)。

8.1.1硬開關(guān)與軟開關(guān)■軟開關(guān)圖4-1硬開關(guān)降壓型電路及波形a）電路圖b）理想化波形

t0uiP0uituuiiP00圖4-2硬開關(guān)過程中的電壓和電流a）開通過程b)關(guān)斷過程圖4-1硬開關(guān)降壓型電路及波形t0uiP0uituuii8.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)■零電壓開通

◆開關(guān)開通前其兩端電壓為零，則開通時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲,這種開通方式稱為零電壓開通，簡稱零電壓開關(guān)。■零電流關(guān)斷

◆開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則關(guān)斷時(shí)不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，這種開通方式稱為零電流關(guān)斷，簡稱零電流開關(guān)。零電壓開通和零電流關(guān)斷都要靠電路中的諧振來實(shí)現(xiàn)?！鲈诤芏嗲闆r下，不再指出開通或關(guān)斷，僅稱零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)。

8.1.2零電壓開關(guān)與零電流開關(guān)■零電壓開通4.2軟開關(guān)電路的分類

軟開關(guān)技術(shù)問世以來，經(jīng)歷了不斷地發(fā)展和完善，前后出現(xiàn)了許多軟開關(guān)電路，直到目前為止，新型的軟開關(guān)拓?fù)淙圆粩喑霈F(xiàn)?！鲕涢_關(guān)電路的分類

◆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)電路分成零電壓電路和零電流電路兩大類。

◆根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程可以將軟開關(guān)電路分成準(zhǔn)諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。

4.2軟開關(guān)電路的分類軟開關(guān)技術(shù)問世以來，經(jīng)歷了不斷4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-5準(zhǔn)諧振電路a）零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路b）零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路c）零電壓開關(guān)多諧振電路

■準(zhǔn)諧振電路

◆分類

?零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（Zero-Voltage-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZVSQRC）

?零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路（Zero-Current-SwitchingQuasi-ResonantConverter—ZCSQRC）

?零電壓開關(guān)多諧振電路（Zero-Voltage-SwitchingMulti-ResonantConverter—ZVSMRC）

?用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（ResonantDCLink）

4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-5準(zhǔn)諧振電路■準(zhǔn)諧振電路4.2軟開關(guān)電路的分類◆準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波，因此稱之為準(zhǔn)諧振。

◆開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲都大大下降，也有一些負(fù)面問題

?諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高。

?諧振電流的有效值很大，電路中存在大量的無功功率的交換，造成電路導(dǎo)通損耗加大。

?諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而改變，因此電路只能采用脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation—PFM）方式來控制，變頻的開關(guān)頻率給電路設(shè)計(jì)帶來困難。

4.2軟開關(guān)電路的分類◆準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-6零開關(guān)PWM電路a）零電壓開關(guān)PWM電路b）零電流開關(guān)PWM電路

■零開關(guān)PWM電路

◆電路中引入了輔助開關(guān)來控制諧振的開始時(shí)刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后。

◆分類

?零電壓開關(guān)PWM電路（Zero-Voltage-SwitchingPWMConverter—ZVSPWM）

?零電流開關(guān)PWM電路（Zero-Current-SwitchingPWMConverter—ZCSPWM）

◆同準(zhǔn)諧振電路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢：電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。

4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-6零開關(guān)PWM電路■零開關(guān)4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-7零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元a）零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元b）零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元■零轉(zhuǎn)換PWM電路

◆電路中采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時(shí)刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的，因此輸入電壓和負(fù)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)和從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)，而且電路中無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。

◆分類

?零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-Voltage-TransitionPWMConverter—ZVTPWM）

?零電流轉(zhuǎn)換PWM電路（Zero-CurrentTransitionPWMConverter—ZVTPWM）

4.2軟開關(guān)電路的分類圖4-7零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本4.3典型的軟開關(guān)電路

4.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路

4.3.2諧振直流環(huán)

4.3.3移相全橋型零電壓開關(guān)PWM電路

4.3.4零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路4.3典型的軟開關(guān)電路8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖■零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路

◆假設(shè)電感L和電容C很大，可以等效為電流源和電壓源，并忽略電路中的損耗。

◆開關(guān)電路的工作過程是按開關(guān)周期重復(fù)的，在分析時(shí)可以選擇開關(guān)周期中任意時(shí)刻為分析的起點(diǎn)，選擇合適的起點(diǎn)，可以使分析得到簡化。

8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖4-9零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形

圖4-10零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t0~t1時(shí)段等效電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖◆工作過程

?選擇開關(guān)S的關(guān)斷時(shí)刻為分析的起點(diǎn)。

?t0~t1時(shí)段：t0之前，S導(dǎo)通，VD為斷態(tài)，uCr=0，iLr=IL，t0時(shí)刻S關(guān)斷，Cr使S關(guān)斷后電壓上升減緩，因此S的關(guān)斷損耗減小，S關(guān)斷后，VD尚未導(dǎo)通，電路可以等效為圖8-10；Lr+L向Cr充電，L等效為電流源，uCr線性上升，同時(shí)VD兩端電壓uVD逐漸下降，直到t1時(shí)刻，uVD=0，VD導(dǎo)通，這一時(shí)段uCr的上升率為

(8-1)8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路SS(uCr)iSiLru8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖4-9零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形

圖4-11零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路在t1~t2時(shí)段等效電路?t1~t2時(shí)段：t1時(shí)刻VD導(dǎo)通，L通過VD續(xù)流，Cr、Lr、Ui形成諧振回路，如圖8-11所示；諧振過程中，Lr對Cr充電，uCr不斷上升，iLr不斷下降，直到t2時(shí)刻，iLr下降到零，uCr達(dá)到諧振峰值。?t2~t3時(shí)段：t2時(shí)刻后，Cr向Lr放電，iLr改變方向，uCr不斷下降，直到t3時(shí)刻，uCr=Ui，這時(shí)，uLr=0，iLr達(dá)到反向諧振峰值。?t3~t4時(shí)段：t3時(shí)刻以后，Lr向Cr反向充電，uCr繼續(xù)下降，直到t4時(shí)刻uCr=0。8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路原理圖SS(uCr)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖4-9零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的理想化波形

?t1到t4時(shí)段電路諧振過程的方程為

(8-2)?t4~t5時(shí)段：uCr被箝位于零，uLr=Ui，iLr線性衰減，直到t5時(shí)刻，iLr=0。由于這一時(shí)段S兩端電壓為零，所以必須在這一時(shí)段使開關(guān)S開通，才不會(huì)產(chǎn)生開通損耗。

?t5~t6時(shí)段：S為通態(tài)，iLr線性上升，直到t6時(shí)刻，iLr=IL，VD關(guān)斷。?t4到t6時(shí)段電流iLr的變化率為

?t6~t0時(shí)段：S為通態(tài)，VD為斷態(tài)。

(8-3)8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路圖4-8零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路◆諧振過程是軟開關(guān)電路工作過程中最重要的部分，諧振過程中的基本數(shù)量關(guān)系為

?uCr（即開關(guān)S的電壓uS）的表達(dá)式

?[t1,t4]上的最大值即uCr的諧振峰值，就是開關(guān)S承受的峰值電壓，表達(dá)式為

?零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)的條件

如果正弦項(xiàng)的幅值小于Ui，uCr就不可能諧振到零，S也就不可能實(shí)現(xiàn)零電壓開通。

◆零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的缺點(diǎn)：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的2倍，開關(guān)S的耐壓必須相應(yīng)提高，這增加了電路的成本，降低了可靠性。

8.3.1零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路◆諧振過程是軟開關(guān)電路工作過4.3.2諧振直流環(huán)圖4-12諧振直流環(huán)電路原理圖圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路■諧振直流環(huán)

◆應(yīng)用于交流-直流-交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)（DC-Link），通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流或逆變環(huán)節(jié)工作在軟開關(guān)的條件下?！魣D8-12中，輔助開關(guān)S使逆變橋中所有的開關(guān)工作在零電壓開通的條件下，實(shí)際電路中開關(guān)S可以不需要，S的開關(guān)動(dòng)作用逆變電路中開關(guān)的直通與關(guān)斷來代替。◆電壓型逆變器的負(fù)載通常為感性，而且在諧振過程中逆變電路的開關(guān)狀態(tài)是不變的，負(fù)載電流視為常量。

4.3.2諧振直流環(huán)圖4-12諧振直流環(huán)電路原理圖圖44.3.2諧振直流環(huán)圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖4-14諧振直流環(huán)電路的理想化波形◆工作過程

?以開關(guān)S關(guān)斷時(shí)刻為起點(diǎn)。?t0~t1時(shí)段：t0之前，iLr大于IL，S導(dǎo)通，t0時(shí)刻S關(guān)斷，電路中發(fā)生諧振，因?yàn)閕Lr>IL，因此iLr對Cr充電，uCr不斷升高，直到t1時(shí)刻，uCr=Ui。

?t1~t2時(shí)段：t1時(shí)刻由于uCr=Ui，ULr=0，因此諧振電流iLr達(dá)到峰值，t1以后，iLr繼續(xù)向Cr充電并不斷減小，而uCr進(jìn)一步升高，直到t2時(shí)刻iLr=IL，uCr達(dá)到諧振峰值。

4.3.2諧振直流環(huán)圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路t4.3.2諧振直流環(huán)?t2~t3時(shí)段：t2以后，uCr向Lr和IL放電，iLr繼續(xù)降低，到零后反向，Cr繼續(xù)向Lr放電，iLr反向增加，直到t3時(shí)刻uCr=Ui。

?t3~t4時(shí)段：t3時(shí)刻，uCr=Ui，iLr達(dá)到反向諧振峰值，然后iLr開始衰減，uCr繼續(xù)下降，直到t4時(shí)刻，uCr=0，VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零。

?t4~t0時(shí)段：S導(dǎo)通，電流iLr線性上升，直到t0時(shí)刻，S再次關(guān)斷。◆諧振直流環(huán)電路中電壓uCr的諧振峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。圖4-13諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iL