【正文】 1。 ?對于全波型諧振開關(guān) , 。 2/3)( 1 ??? ??? ttr57 ?在 ta～ tb這段間隔，開關(guān) S可以在零電壓零電流下完成關(guān)斷過程，由此可得這個時間段長度： ?式中 。 ???????????)](c o s1[)(s i n101ttUuIttZUirincrrrinLr??01 )( Iti Lr ? 0)( 1 ?tu cr() rrr CL1??rrr CLZ ?55 ? 這個時間段的等效電路 如圖 (b)所示，另外從式 ()可看出： ?當 時 ?當 時 2)( 1?? ?? ttr?? ?? )( 1ttr0m a x, IZUiiUurinLrLrincr ????0,2 IiUu Lrincr ??56 ?如果在圖 (a)所示電路中應用的是半波型諧振開關(guān) (半波模式 )，則在 的某一時刻 ta，iLr下降到零，這時開關(guān) S可以在零電流下斷開，這個時間段結(jié)束。 52 ?假定在初始時刻之前，開關(guān) S處于斷開狀態(tài)，輸出電流 I0通過二極管 D續(xù)流，電容 C上的電壓為零，在 t=t0時，開關(guān)S在零電流條件下導通。 ?圖 形。 ?開關(guān) S閉合 時，由于電感上的作用， S在零電流條件下導通； ?S導通后 ，電感工與電容 C的諧振，使通過開關(guān)器件的電流呈近似正弦波形，從而又為開關(guān)器件 S的斷開創(chuàng)造了條件； ?當電感電流諧振到零時，開關(guān)器件 S可在零電流條件下關(guān)斷。上述電路在降壓、升壓、升降壓變流器上都能應用。 ?具體電路有諧振極 PWM、 ZCT(Zero Current Transition)PWM。 49 ?(4)并聯(lián)諧振 ?在構(gòu)造部分諧振電路時，應避免主電流通過諧振電路，即諧振電感應與 主電路并聯(lián)。 ?(3)IGBT器件 ?在電動機控制中主開關(guān)器件多采用 IGBT， IGBT關(guān)斷時有尾部電流， 對關(guān)斷損耗有很大影響。 ?(2)無損耗緩沖電路 ?使串聯(lián)電感或并聯(lián)電容上的電能釋放時不經(jīng)過電阻或開關(guān)器件。 48 五、軟開關(guān)的幾個注意問題 ?(1)部分諧振 PWM ?為了使效率盡量和硬開關(guān)時接近，必須防止器件電流有效值的增 加。 ?圖 PWM變流器主開關(guān)使用晶閘管，輔助開關(guān)使用晶閘管及反并聯(lián)二極管，諧振的停止點在 C點，與反向?qū)ňчl管斬波換相電路很類似。輔助開關(guān)的導通關(guān)斷也都是以 ZCS進行的。 ?因此，一種方法是，電容上串聯(lián)輔助開關(guān)，在 A點或 C點關(guān)斷輔助開關(guān)，可中途停止諧振，保持電容的電壓。 46 四、諧振型 PWM變流器 ?該方案使用輔助開關(guān)，以固定頻率的 PWM進行輸出電壓控制，是諧振型開關(guān)。 ?但存在如下問題，特別是效率方面。 45 ?諧振 ZVS開關(guān)器件的極間電容是諧振電路的一部分，不造成損耗，適用于 500kHz以上高頻動作，但負載范圍窄，只適用于固定負載或接近于固定的負載。 ?準諧振 ZVS實現(xiàn)零電壓 開通的條件 是：諧振電壓的峰值高于電源電壓。 ?t4～ (穩(wěn)態(tài)期間 )：開關(guān)導通， I流經(jīng)開關(guān)，諧振停止，該期間可任意持續(xù)。在該期間的后半 t2～ t3間， Uc為負，串聯(lián)二極管阻止了電壓，此間以零電壓開通。 ?t0～ t1(預備期間 )： Cr以電流 I充電， t0時刻，續(xù)流二極管的電壓為 0。其動作原理與 ZCS幾乎是對偶的。 ?圖 ZVS準諧振變流器的 基本結(jié)構(gòu)，開關(guān)上并聯(lián)諧振電容 Cr，其外側(cè)串聯(lián)諧振電感 Lr，構(gòu)成零電壓諧振開關(guān)。因此，一般 ZCS只用在 500kHz以下。 ?由于諧振電流的疊加，開關(guān)器件的電流有效值增大，導通損耗在最大輸出功率時為硬開關(guān)的 以上， 1/2負載時為 3倍。 41 ?諧振開關(guān)在 t0～ t4期間有一連串動作，中途不能停止，輸出電壓為 Uc的平均值，以固定導通時間進行控制。 ?t4～ (穩(wěn)態(tài)期間 )： I流過續(xù)流二極管，諧振停止。 ?t1～ t3 (諧振期間 )：諧振的后半期間， iL變負，反并聯(lián)二極管導通，此間關(guān)斷開關(guān)。 40 ?此后有 4個動作期間。 ?圖 圖 跡。 圖 ZCS型準諧振變流器的基本結(jié)構(gòu)。 ?諧振型變流器兼用了反并聯(lián)二極管的 ZCS和 ZVS的功能。 ?串聯(lián)二極管也能使開關(guān)器件為零電壓、零電流狀態(tài)，但因為有導通損耗，一般不使用。此時開通或關(guān)斷開關(guān)器件，都是 ZVS、 ZCS動作。器件開通之前，并聯(lián)電容上的電荷要放光，以確保器件安全。開關(guān)器件關(guān)斷時，抑制 du/dt，消除 zi重疊時間，避免發(fā)生開關(guān)損耗。關(guān)斷之前，串聯(lián)電感上的能量要放光 (電流為零 )，以確保器件安全。 ?1．串聯(lián)電感 ?它是 ZCS(Zero Current Switching)的基本結(jié)構(gòu)。 ?零電壓準諧振電路 (Zero—Voltage Switching Quasi—Resonant Convener——ZVSQRC)：諧振開關(guān)在 零電壓狀態(tài) 下開通和關(guān)斷。 ?由于在一個工作周期內(nèi)，既有諧振運行狀態(tài)，又有非諧振運行狀態(tài)，即在一個周期內(nèi)并不是全部處于諧振狀態(tài)，故稱為 準諧振狀態(tài) 。 34 第三節(jié) 軟開關(guān)電路的分類 六 、降壓式準諧振變換器 五 、軟開關(guān)的幾個注意問題 四 、諧振型 PWM變流器 三 、 ZVS型準諧振變流器 二 、 ZCS型準諧振變流器 一 、準諧振變換器 七 、軟開關(guān) PWM技術(shù) 35 一、準諧振變換器 ?準諧振變換器 (Quasi— ResonantConverter，簡稱 QRC)是在常規(guī) DC/DC開關(guān)變換器的基礎上加上諧振電感和諧振電容形成的，諧振電感和諧振電容與原來 PWM變換器中的功率器件一起構(gòu)成諧振開關(guān)。 ?圖 ，從、的軌跡可以看出，硬開關(guān)時為 A、 B，而軟開關(guān)時為 C、 D。 ?實現(xiàn)消除重疊時間或在重疊時間很小的狀態(tài)下進行開關(guān)動作的控制技術(shù)及該動作都稱為軟開關(guān)技術(shù)。 ?導通時電流從開始增大，如果將延遲到之后的（電壓為零），并將關(guān)斷時電壓開始上升的時刻延遲到，就不會發(fā)生開關(guān)損耗。復式諧 振變流器 (MRC)將布線電感作為諧振電感的一部分。采用ZVS可省去第 (2)、 (3)中的損耗 。導通時的累積電荷 Cs由 Vl短路而消耗，產(chǎn)生的損耗用下式表示： () ?比如， E=200V， Cs=1000pF， f=500kHz，得 P=10W。使用 ZCS可省掉這部分損耗。 ?開關(guān)波形 如圖 710b點劃線所示，導通時產(chǎn)生的損耗大，如圖 。 ?導通時，在二極管反向恢復期間， V1—VD2短路， V1的損耗明顯增大。比如 的器件，當 f5kHz時，開關(guān)損耗不到輸出峰值的 1％，比導通損耗小。 28 ? (1)導通關(guān)斷時間 ?開關(guān)消耗的瞬時功率 Pa如圖 ，峰值達 EI。在時刻，Rv=∞，電流 I全部通過二極管 VD2，關(guān)斷結(jié)束。在時，等于電源電壓 E， VD2受正偏壓。以后，減小 Rv， V1的電壓變小時， Rv=0，導通結(jié)束。 27 ? 開關(guān)動作時 V1的電壓和電流的波形如圖 示。圖 0∞連續(xù)改變電阻 Rv值，觀察 V1的開關(guān)動作， Rc表示導通時的電壓降， RL表示關(guān)斷時漏電流。 26 ? PWM逆變器的開關(guān)損耗 ?圖 PWM逆變器的一個橋臂，開關(guān) V1產(chǎn)生的損耗包括漏電流損耗、電壓降損耗和開關(guān)損耗。 ?因此，對于 Buck電路，要進一步提高其脈寬調(diào)制頻率到兆赫級，困難很大。 25 ?若 I0=50A， Ud＝ 400V， tf=tr=，fsw=20kHZ那么器件開關(guān)過程的瞬時峰值功率將達 20kW，開通和關(guān)斷的平