【正文】 fUtt ?? 51 式中： PS — 功率管開關(guān)損耗； ton— 功率管開通時間； toff—— 功率管關(guān)斷時間； f — 功率管開關(guān)頻率； UC— 關(guān)斷后功率管承受的電壓； IC — 導(dǎo)通后流入功率管電流。 （ a）關(guān)斷過程 圖 51 開關(guān)管開通與關(guān)斷過程的電壓電流及功率損耗曲線 iu0ptt0to f f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 功率電路的開關(guān)過程 ? 可見當(dāng)功率管開關(guān)工作時 ， 要產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗 ，統(tǒng)稱為開關(guān)損耗 （ Switching loss） ， 通?？捎梢粋€開關(guān)周期的平均開通和關(guān)斷損耗求出 。 iu00pttto n（ a）開通過程 圖 51 開關(guān)管開通與關(guān)斷過程的電壓電流及功率損耗曲線 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 功率電路的開關(guān)過程 ? 當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時 ， 開關(guān)管的電壓不是瞬時從零上升到電源電壓 ， 而是有一個上升時間 ， 同時它的電流也不是瞬時下降到零 ， 也有一個下降時間 。 ? 功率管在開通時開關(guān)管的電壓不是瞬時下降到零 ， 而是有一個下降時間 ， 同時它的電流也不是瞬時上升到負載電流 ， 也有一個上升時間 。 ? 軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用使電力電子變換器可以具有更高的效率 ，功率密度和可靠性同時得到提高 ， 并有效的減小電能變換裝置引起的電磁干擾和噪聲等 。 概述 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 ? 硬開關(guān)過程是通過突變的開關(guān)過程中斷功率流而完成能量的變換； ? 而軟開關(guān)過程是通過 電感 L和電容 C的諧振 ， 使開關(guān)器件中的電流 （ 或其兩端的電壓 ） 按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化 ， 當(dāng)電流過零時 ， 使器件關(guān)斷 ， 或者當(dāng) 電壓下降到零時 ， 使器件導(dǎo)通 。 ? 隨著開關(guān)頻率的提高 ， 一方面開關(guān)管的開關(guān)損耗會成正比的上升 ， 使電路的效率大大的降低 ， 從而使變換器處理功率的能力大幅下降；另一方面 ， 系統(tǒng)會對外產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾 （ EMI） 。 ? 3） 零電壓、零電流開關(guān)電路 的構(gòu)成特點、工作原理； 零轉(zhuǎn)換開關(guān)電路 的構(gòu)成特點、工作原理；移相控制軟開關(guān)PWM全橋變換器的工作原理。建議 重點 學(xué)習(xí)以下主要內(nèi)容： ? 1）軟開關(guān)的基本概念與分類、軟開關(guān)電路的分類。 ? PWM軟開關(guān)變換器主要分為 零開關(guān) PWM變換器 、 零轉(zhuǎn)換PWM變換器和移相全橋軟開關(guān) PWM變換器 。 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 第 5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 學(xué)習(xí)指導(dǎo) ? 常規(guī)的 PWM變換器開關(guān)頻率恒定 ， 控制方法簡單 。 ? 準(zhǔn)諧振變換器分為 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 （ ZVS QRC）， 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 （ ZCS QRC） ， 零電壓開關(guān)多諧振變換器 （ ZVS MRC） ， 和用于 逆變器的諧振直流環(huán)節(jié) （ Resonant DC－ Link） ， 這類變換器也需要 采用頻率調(diào)制方法 。根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展的歷程，軟開關(guān)變換器分為 準(zhǔn)諧振變換器、PWM軟開關(guān)變換器 。 現(xiàn)代電源技術(shù) Modern power technologies 第 5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 學(xué)習(xí)指導(dǎo) ? 軟開關(guān)是指，通過在原來的開關(guān)電路中增加很小的電感、電容等諧振元件，構(gòu)成輔助換流網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程前后引入諧振過程，使開關(guān)開通前電壓先降為零 (零電壓開通 )或開通過程中電流緩慢上升 (零電流開通 )，或關(guān)斷前電流先降為零 (零電流關(guān)斷 )或關(guān)斷過程中電壓緩慢上升 (零電壓關(guān)斷 )，就可以消除或減低開關(guān)過程中電壓、電流的重疊部分的面積，從而減小甚至消除開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。 ? 軟開關(guān)分為 零電壓開關(guān)、零電流開關(guān)、混合軟開關(guān) 。 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 第 5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 學(xué)習(xí)指導(dǎo) ? 準(zhǔn)諧振變換器 （ QRC） 的特點是 諧振元件參與能量變換的某一個階段 ， 而不是全程參與 。 ? 準(zhǔn)諧振軟開關(guān) DC/DC變換器 最主要的特點 就是 利用 PFM調(diào)壓 ， 這使得電源的輸入濾波器 、 輸出濾波器的設(shè)計復(fù)雜化 ， 并影響系統(tǒng)的噪聲 。 ? 在準(zhǔn)諧振軟開關(guān) DC/DC變換器中 ， 諧振產(chǎn)生在開關(guān)管整個導(dǎo)通或整個關(guān)斷區(qū)間 ， 若把諧振控制在開關(guān)管導(dǎo)通前或關(guān)斷前很小一段時間內(nèi) ， 且 諧振半周期遠小于開關(guān)周期 ， 這就構(gòu)成了 PWM軟開關(guān)變換器 。 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 第 5章 學(xué)習(xí)指導(dǎo) 學(xué)習(xí)指導(dǎo) ? 本章主要討論軟開關(guān)的基本概念與分類，諧振型軟開關(guān)變換器、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器和 PWM軟開關(guān)變換器的電路構(gòu)成和基本的工作原理。 ? 2）準(zhǔn)諧振軟開關(guān)電路的工作原理和電路工作特點。 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 第 5章 軟開關(guān)變換器 1 2 3 概述 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 PWM軟開關(guān)變換器 基本內(nèi)容 ? 常規(guī)的 DC/DC PWM功率變換技術(shù)進一步提高開關(guān)頻率會面臨許多問題 。 ? 所謂軟開關(guān) ， 通常是指零電壓開關(guān) ZVS（ Zero Voltage Switching） 和零電流開關(guān) ZCS（ Zero Current Switching）或近似零電壓開關(guān)與零電流開關(guān) 。 開關(guān)器件在零電壓或零電流條件下完成導(dǎo)通與關(guān)斷的過程 ， 將使器件的開關(guān)損耗在理論上為零 。 概述 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 功率電路的開關(guān)過程 ? 在功率變換電路中 ， 每只功率管都要進行開通與關(guān)斷控制 。 ? 在這段時間里 ， 電流和電壓有一個交疊區(qū) ， 產(chǎn)生損耗 ， 通常稱之為開通損耗 （ Turnon loss）， 如圖 51(a)所示 。 ? 在這段時間里 ， 電流和電壓也有一個交疊區(qū) ， 產(chǎn)生損耗 ， 通常稱之為關(guān)斷損耗 （ Turnoff loss） ， 如圖 51(b)所示 。 ? 假設(shè)導(dǎo)通后流入功率管電流為 IC，關(guān)斷后功率管承受的電壓為 UC，導(dǎo)通時的管壓降忽略不計，則由圖 51分析，不難求得導(dǎo)通和關(guān)斷過程功率管的電流、電壓瞬時值 i、 u。 ?在工作電壓和工作電流一定的條件下，功率管在每個開關(guān)周期中的開關(guān)損耗是恒定的，變換器總的開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比。同時，開關(guān)管工作在硬開關(guān)時還會產(chǎn)生較高的 di/dt和 dv/dt，從而產(chǎn)生較大的電磁干擾。 ? 軟開關(guān)電路中典型的開關(guān)過程如圖52所示 ， 具有這樣開關(guān)過程的開關(guān)稱為 軟開關(guān) 。 ? 與開關(guān)相串聯(lián)的電感能使開關(guān)開通后電流上升延緩 ， 降低了開通損耗 ， 但斷態(tài)時功率管的電壓應(yīng)力增大；與開關(guān)并聯(lián)的電容能使開關(guān)關(guān)斷后電壓上升延緩 ， 從而降低關(guān)斷損耗 ， 但通態(tài)時功率管的電流應(yīng)力增大 。 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 ? 軟開關(guān)技術(shù)問世以來，經(jīng)歷了不斷的發(fā)展和完善，前后出現(xiàn)了許多種軟開關(guān)電路，新型的軟開關(guān)拓撲仍不斷的出現(xiàn)。通常， 一種軟開關(guān)電路要么屬于零電壓電路，要么屬于零電流電路。 ? 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 成全諧振型變換器或諧振型變換器 、 準(zhǔn)諧振變換器 、 零開關(guān) PWM變換器 和 零轉(zhuǎn)換 PWM變換器 。 ? 1） 串聯(lián)諧振電路 ? （ 1）基本的串聯(lián)諧振電路 基本的串聯(lián)諧振電路如圖 53（a）所示， Lr是諧振電感， Cr是諧振電容， Ui是輸入直流電源。 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 ? 若電路的初始狀態(tài)為零初始狀態(tài) ， 即ILr0= iLr(t0)=0， UCr0=uCr(t0)=0， 則 (b) 圖 53 基本的串聯(lián)諧振電路 )(s in)( 0rriLr ttZUti ?? ?)(co s)( 0riiCr ttUUtu ??? ?55 56 ? 此時 ， 諧 振 電 容 電 壓 最 大 值 為UCrmax=2Ui， 諧振電感電流的最大值為 ILrmax=Ui/Zr， 僅決定于電源電壓 Ui和 uC r2 UiUi/ ZriL rt0? t特征阻抗 Zr。 iLr和 uCr分別按正弦和余弦規(guī)律變化 ， 如圖 53(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 ? （ 2） 諧振電容并聯(lián)電流源的串聯(lián)諧振電路 ? 在串聯(lián)諧振電路的諧振電容上并聯(lián)一個電流源 ， 即構(gòu)成另一類串聯(lián)諧振電路 ，其電路結(jié)構(gòu)如圖 54（ a） 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 ? 由式 5 式 511可知 ， 諧振電容并聯(lián)電流源的串聯(lián)諧振電路 ， 僅在諧振電感電流中增加了一個直流分量 Io，如圖 54（ b） 所示 。 ? 根據(jù)圖 55(a)，列出電路微分方程為 圖 55 基本的并聯(lián)諧振電路 (a) LrCriL ruC rIi??????????CrLrriCrrLrudtdiLIdtduCi512 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 ? 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 512得 (a) LrCriL ruC rIi)(s i n)(c o s)()( 0rr0Cr0ri0LriLr ttZUttIIIti ?????? ??513 )(s i n)()(c o s)( 0r0Lrir0r0Cr0Cr ttIIZttUtu ????? ??514 rrr /1 CL?? rrr /