【正文】 間沒有開通 VTS， t5時刻 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， 則 VTS將不是零電壓開通 。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 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僅多了一個諧振電感和一個諧振電容 。 ? 若將兩種拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)組合在一起 ， 就形成一種新的軟開關(guān)電路拓?fù)洌璓WM軟開關(guān)變換器 。 ? 明顯的不足：器件可能承受過高的電壓應(yīng)力和電流應(yīng)力；利用 PFM（Pulse Frequency Modulation） 調(diào)壓 ， 用改變開關(guān)頻率來進(jìn)行控制 ， 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 。因此，零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器也是通過脈沖頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓。 ? 很明顯，當(dāng) 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）。 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? （ 4） t6 ~ t0階段 ， 續(xù)流階段 ， 電流路徑示意圖如圖 512(d)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中的電流箝位成零 ， 在這段期間關(guān)斷 VTS，VTS將是零電流關(guān)斷 。 ? t1時刻 ， 輸入電流上升到 Io， VD關(guān)斷 ， Lr和 Cr開始諧振 ， t2時刻 ，uCr(t2) = Ui， iLr達(dá)到峰值 ? 隨后 iLr減小 ， t3時刻 ， iLr減小到 Io，uCr達(dá)到峰值 ， 接著 Cr開始放電 ，直到 t4時刻 ， iLr下降到零 。 ? t0之前 ， VTS不導(dǎo)通 ， 輸出電流 Io經(jīng) VD續(xù)流 ? t0時刻 ， 開關(guān)管 VTS開通 ， 電感 Lr充電 ， Lr中的電流線性上升 ， 在t1時刻 ， iLr達(dá)到 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 。 ? 開關(guān)周期分為 4個階段，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。 ? 缺點(diǎn)：電壓諧振峰值很高 ， 增加了對開關(guān)器件耐壓的要求 。 ? 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 ， 在這段時間內(nèi)開通 VTS，VTS零電壓開通 ， 電流 iLr繼續(xù)線性上升 ， t5時刻 ， iLr = Io ? 直到 t0時刻 ， VTS再次關(guān)斷 。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? 在 t1時刻 ， uCr達(dá)到 Ui， iLr達(dá)到峰值 ，隨后 iLr繼續(xù)向 Cr充電 ， 直到 t2時刻 iLr = Io， uCr達(dá)到諧振峰值 ? 接著 ， uCr和 Lr向 L放電 ， iLr降低 ， 到零后反向 ， 直到 t3時刻 uCr =Ui， iLr達(dá)到反向諧振峰值 ， 開始衰減 ， uCr繼續(xù)下降 ， t4時刻 ， uCr = 0， VTS的反并聯(lián)二極管 VDS導(dǎo)通 ， uCr被箝位于零 。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? 采用同樣的方法可構(gòu)成直流諧振環(huán)準(zhǔn)諧振變換器 ， 其電路拓?fù)浜椭饕ぷ鞑ㄐ稳鐖D 59所示 . ? 一個開關(guān)周期共有 2個工作階段 ， 各階段工作過程分析如下： ? （ 1） t0 ~ t4階段 ， 諧振階段 。 因此 ， 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器是通過脈沖頻率調(diào)制來調(diào)節(jié)輸出電壓 。 ? 很明顯 ， 當(dāng) 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 ） 。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? （ 4） t6 ~ t0階段 ， 續(xù)流階段 ， 電流路徑示意圖如圖 58(d)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 。 。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? （ 2） t1 ~ t4階段，諧振階段，電流路徑示意圖如圖 58(b)所示。 圖 55 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電流型 buck變換器的簡化電路及其工作波形 (a)電路拓?fù)? （ b）主要工作波形 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? 在穩(wěn)態(tài)工作下，一個完整的開關(guān)周期分為 4個階段，各階段工作過程分析如下： ? （ 1） t0 ~ t1階段，電容充電階段，電流路徑示意圖如圖 58(a)所示。 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(fù)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 。 ? 用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié) （ Resonant DC－ Link） ， 對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖 510所示 ， 這類變換器需要采用頻率調(diào)制方法 ， 也屬于零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 。 ? 按照開關(guān)電流方向又可以分成半波型 56(b)和全波型 56(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 ， 而全波型則在開關(guān)管上反并聯(lián)一個二極管實(shí)現(xiàn)電流雙向流動； 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 圖 56 零電流準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元 :導(dǎo)通區(qū)間內(nèi)諧振，關(guān)斷區(qū)間時間可調(diào) LLrCr 2V DSLLrCrV DS( a )( b )V D 1LLrCr 2V DS( c )V D 1i orU IZ ?電力電子技術(shù) 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 Resonant Converter ，ZVS QRC） ， 對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖 57(a)所示； ? 與零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器相似 ， 根據(jù)開關(guān)上并聯(lián)電容的工作過程又可以分成半波型 57(b)和全波型 57(c) 兩種 。uCr和 iLr分別按正弦和余弦規(guī)律變化 ， 如圖 55（ b） 所示 。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 諧振電路的構(gòu)成與特性 圖 55 基本的并聯(lián)諧振電路 ? 若電路初始狀態(tài)為零初始狀態(tài) ， 即 ILr0= iLr(t0)=0， UCr0=uCr(t0)=0， 則 (b) 515 516 ? 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， 僅決定于電源電壓 Ii和特征阻抗 Zr。 圖 54 諧振電容上并聯(lián)一個電流源的串聯(lián)諧振電路 510 511 ? 假設(shè)電路初始狀態(tài)為零初始狀態(tài) ， 即ILr0= iLr(t0)=I0， UCr0=uCr(t0)=0， 則 (a) (b) 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 諧振電路的構(gòu)成與特性 ? 2）并聯(lián)諧振電路 ? 基本的并聯(lián)諧振電路如圖 55(a)所示，圖中 Lr是諧振電感， Cr是諧振電容 ,Ii是輸入直流電流源。 ? 根據(jù)圖 54（ a） ， 列出電路微分方程為 (a) 圖 54 諧振電容上并聯(lián)一個電流源的串聯(lián)諧振電路 55 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 諧振電路的構(gòu)成與特性 ? 假設(shè)在 t0時刻 ， 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 （ 55） ， 得到 (a) 圖 54 諧振電容上并聯(lián)一個電流源的串聯(lián)諧振電路 58 C r i C r 0 i r 0 r L r 0 0 r 0( ) ( ) c os ( ) ( ) sin ( )u t U U U t t Z I I t t??? ? ? ? ? ? ?59 式中 ，諧振角頻率； ，特征阻抗。 表明諧振電感和諧振電容所儲的能量相互交換 ， uCr達(dá)到最大值時 ， iLr則正好為零 。 如果 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 。 (a) 圖 53 基本的串聯(lián)諧振電路 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 諧振電路的構(gòu)成與特性 ? 根據(jù)圖 53（ a） ， 列出電路微分方程為 (a) 圖 53 基本的串聯(lián)諧振電路 52 ? 假設(shè) t0時刻 ， 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 52得為 C r i C r 0 i r 0 r L r 0 r 0( ) ( ) c o s ( ) sin ( )u t U U U t t Z I t t??? ? ? ? ? ?53 54 式中 ，諧振角頻率； ，特征阻抗。 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 諧振電路的構(gòu)成與特性 ? 諧振電路是諧振變換器的基本單元 ， 它包括串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路 。 。 ? 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。 這樣的開關(guān)過程一般給電路造成總損耗增加 、 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)斷配合應(yīng)用 。 圖 52 軟開關(guān)的開關(guān)過程 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 PWM變換器 PWM變換器 ZVSPWM全橋變換器 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 ） ， 則開關(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 )，