【正文】 均功率損耗為 100W。 ?維持在 I0值，直到 Q管上電壓上升到 Ud時(shí)，Q管中的電流 iQ才開始下降， 如圖 (b)所示。 ?現(xiàn)給 Q管一個(gè)激勵(lì)信號(hào)使其導(dǎo)通， D管中電流逐漸向 Q管轉(zhuǎn)移，因此在 Q管電流上升期間， Q管上的電壓必須保持在 Ud而不下降，直到 iQ=I0時(shí)， Q管上的電壓才開始下降，如圖 (a)所示。 ?在 Q管關(guān)斷期間，負(fù)載電流 I0。隨開關(guān)頻率增加，開關(guān)損耗將成為器件損耗的主要部分。(通態(tài)壓降 )和漏電流，則器件的開通和關(guān)斷損耗分別近似為 Pon=fswUIton Poff=fswUItoff 式中 fsw為開關(guān)頻率。很顯然，器件在工作過程中的損耗包括下面四部分： ? (1)斷態(tài)損耗 (漏電流引起的 )P1； ? (2)通態(tài)損耗 P2； ? (3)開通損耗 Pon； ? (4)關(guān)斷損耗 Poff。 。 ?當(dāng) ωsω0時(shí)，電壓超前電流，電路中以感性電流為主，電壓相角接近于 90 176。當(dāng)負(fù)載為電阻只 RL時(shí)，品質(zhì)因數(shù)為 ?由圖 (b)可知，當(dāng)負(fù)載只 RL一定時(shí)，以 Q為參變量，電路阻抗 ZP是頻率的函數(shù)。狀態(tài)變量為電感電流 iL和電容電壓 Uc。 14 第二節(jié) 諧振電路工作原理和開關(guān)損耗 1 一、串聯(lián)諧振電路工作原理 2 二、并聯(lián)諧振電路工作原理 3 三、軟開關(guān)損耗 15 一、串聯(lián)諧振電路工作原理 ?如圖 （ a） 所示為負(fù)載與電容并聯(lián)的串聯(lián)諧振電路。 13 ?諧振軟開關(guān)電路中，零電壓和零電流條件是由輔助的諧振電路所創(chuàng)造的。 ?上下橋臂直通短路問題不存在了。 ?電磁干擾，開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中動(dòng)態(tài)應(yīng)力小。 12 ?所謂的軟開關(guān)轉(zhuǎn)換其理論上開關(guān)損耗為零。 諧振環(huán) 的原理是把原先具有恒定直流電壓的母線變成一個(gè)高頻直流脈動(dòng)或高頻交流母線，從而在母線上出現(xiàn)電壓 (或電流 )過零現(xiàn)象，掛在這樣母線上的逆變器中的開關(guān)器件在同步信號(hào)的控制下，則能實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流條件下的開通和關(guān)斷。這種諧振開關(guān)的原理也可以應(yīng)用于 DC／ AC變換器。當(dāng)時(shí)在小型 DCDC變流器上應(yīng)用，開關(guān)頻率為 —2MHz，功率密度為l00W／ (50 50 6)mm3。 ? 1975年 N． O． Sokal提出“ E級(jí)放大器”，使用兩個(gè)諧振器，使導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)的 du／ dt、 di／ dt為零，對(duì)器件來說成為理想的軟開關(guān)。 10 ? :開關(guān)器件與諧振器結(jié)合構(gòu)成諧振開關(guān)，即用軟開關(guān)器件代替單個(gè)的半導(dǎo)體開關(guān)。 ?利用緩沖器，器件本身的開關(guān)損耗能減少，并能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)動(dòng)作。 ?晶閘管時(shí)代，高頻逆變器作為開關(guān)損耗少的逆變器而著稱，與整流電路組合一起的高頻環(huán)節(jié) DCDC變流器可算是最早實(shí)用化的軟開關(guān)技術(shù)。 ? :負(fù)載帶有諧振電路的逆變器稱為正弦波逆變器或高頻逆變器。也就是 ZVS（零壓開關(guān)）和 ZCS（零流開關(guān)） 軟開關(guān)技術(shù)。 諧振減緩了開關(guān)過程中電壓 、 電流的變化 ， 而且使 S兩端的電壓在其開通前就降為零 。 ? 軟開關(guān)有時(shí)也被成為 諧振開關(guān) 。 ?軟開關(guān)： ? 在電路中增加了小電感 、 電容等諧振元件 ， 在開關(guān)過程前后引入諧振 ， 使開關(guān)條件得以改善 。 6 ?硬開關(guān)： ? 開關(guān)的開通和關(guān)斷過程伴隨著電壓和電流的劇烈變化 。 ?軟開關(guān)技術(shù) ? 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲 。 5 ?電力電子裝置高頻化 ? 濾波器 、 變壓器體積和重量減小 ， 電力電子裝置小型化 、 輕量化 。 ?在開關(guān)過程中，要求開關(guān)元件有較大的安全工作區(qū)。 4 ?硬開關(guān)的缺點(diǎn) ： ?開關(guān)損耗大，限制了開關(guān)元件的工作頻率。 ?圖 、電壓和損耗的波形。 ?重點(diǎn)：諧振電路原理及電路分析。1 第七章 諧振開關(guān)技術(shù) 第三節(jié) 軟開關(guān)電路的分類 第二節(jié) 諧振電路工作原理和開關(guān)損耗 第一節(jié) 概 述 內(nèi)容提要 與目的要求 2 內(nèi)容提要與目的要求 ?掌握基本串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路原理。理解軟開關(guān)技術(shù)的基本概念。 3 第一節(jié) 概 述 ?硬開關(guān) PWM（脈沖寬度調(diào)制），是指在功率變換過程中電力電子開關(guān)在開通和關(guān)斷的瞬間均處于大電流或高電壓的工作條件。 ?從波形上可知，功率器件在高電壓下開通、大電流時(shí)關(guān)斷，因此要承受大的電壓應(yīng)力和熱應(yīng)力，且易超過安全工作區(qū)。 ?方波工作方式，產(chǎn)生較大的電磁干擾，電路存在著較大的動(dòng)態(tài)電壓、電流應(yīng)力。 ?橋式電路拓?fù)?，存在著上、下橋臂直通短路的問題。 ? 開關(guān)損耗增加 ， 電磁干擾增大 。 ? 進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。 ? 產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲 。 ? 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲 。 ?工作原理： ? 軟開關(guān)電路中 S關(guān)斷后 Lr與 Cr間發(fā)生諧振 ， 電路中電壓和電流的波形類似于正弦半波 。 7 ?以 閘刀開關(guān) 作形象比喻，如果能在閘刀推合和拉開的瞬間人為地令開關(guān)間的電壓或電流為零，豈不就可以避免拉弧火花的產(chǎn)生？ ?在功率變換技術(shù)中，其實(shí)就是在主開關(guān)器件關(guān)斷或?qū)ǖ乃查g，實(shí)現(xiàn)其兩端電壓或電流為零的技術(shù)。 8 ?軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了 高頻逆變器、緩沖電路和諧振開關(guān) 三個(gè)階段 。水銀整流器時(shí)代就已開始研究。 9 ? :為了避免器件損壞或誤動(dòng)作，可使用抑制 du／ dt、 di／ dt的電壓緩沖器和電流緩沖器。 ?緩沖電路進(jìn)一步發(fā)展，拒電容和電感里積蓄的能量回饋到電源，稱為無損耗緩沖器。 ? 1966年 R． E． Man用晶閘管做過軟件仿真，即當(dāng)今的ZCS。 ? 1984年開始， F． Lee對(duì)零電流開關(guān)、零電壓開關(guān)進(jìn)行了一系列研究，并命名為準(zhǔn)諧振變流器。 ? 1985年美國(guó)弗吉尼亞工學(xué)院李澤元教授提出的諧振開關(guān)技術(shù)是在研究 DC／ DC變換器過程中發(fā)展起來的。 11 ?1986年美國(guó)威斯康星大學(xué)的 D． M． Divan教授提出了“諧振直流環(huán)逆變器 (諧振環(huán) )的概念”，這對(duì)于諧振開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于 DC／ AC變換器領(lǐng)域起了很大的推動(dòng)作用。 ?1991年 Jung． G． Cho等人提出的“新型并聯(lián)諧振直流環(huán)軟開關(guān) PWM變換器”是一種比較理想的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其 優(yōu)點(diǎn) 如下： ?振式軟開關(guān)轉(zhuǎn)換無開關(guān)損耗，工作頻率高。 ?電能轉(zhuǎn)換效率高，無吸收電路，散熱器小。在諧振直流環(huán)節(jié)的逆變器中，上下橋臂直通成了一種合理的工作狀態(tài)。 ?因此，本章首先介紹基本串聯(lián)諧振電路和并聯(lián)諧振電路工作原理，然后，分別介紹軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源和直流逆變器中的分類和典型應(yīng)用。圖中 I0代表負(fù)載電流， Ud和 I0為直流量，初始時(shí)間 t0時(shí)的初始條件為 IL0和 Uc0，電路的方程為 ?????????0IiidtdiLUucLLrdc22dtidCLdtduCi Lrrcrc ???0202022IidtidLL ?? ??式中， ω0為諧振角頻率 rr CL/10 ??16 ?當(dāng) t≥t0時(shí)方程的解為： ?Z0為諧振阻抗 ?當(dāng) Uc0=0， IL0=I0時(shí)，可得到如下公式： ???????????????????)(s i n)()(c o s)()()(s i n)(c o s)()(00000000000000000ttIIZttUUUtuttZUUttIIItiLcddccdLL???????????????)](c o s1[)()(s i n)(000000ttUtuttZUItidcdL??rr CLZ /0 ?17 二、并聯(lián)諧振電路工作原理 ?如圖 ，它由電流源供電，電路的初始條件為：在 t=t0時(shí)有 Ic0和 Uc0。其電路方程為 ?當(dāng) t≥t0時(shí)，上述兩個(gè)方程的解為： ??????????dtdiLuI