【正文】 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) 513 514 式中 ，諧振角頻率； ，特征阻抗。 如果 Lr變小或 Cr變大 ，諧振電感電流的最大值不變 ， 而諧振電容電壓兩端電壓最大值減小 。 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 電力電子技術(shù) 準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 ? 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 （ Zero Current Switching Quasi Resonant Converter， ZCS QRC） ， 對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖 56(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 圖 57 零電壓準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元： 關(guān)斷區(qū)間內(nèi)諧振，導(dǎo)通區(qū)間時間可調(diào) LLrV DSCr 1( a )( b )( c )LLrV DSCr 1LLrV DSCr 1V D 1V 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)多諧振變換器 （ Zero Voltage Switching Multi Resonant Converter， ZVS MRC） ， 對應(yīng)的基本開關(guān)單元如圖 58所示 。 LrCrV DSV TSUiiL ruC r圖 510 諧振直流環(huán)電路 等效電路 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 圖 58 零電壓開關(guān)多諧振 基本開關(guān)單元 LLrCr 2V DSCr 1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? 將輸入部分看作恒流源 ， 輸出負(fù)載部分看作電壓負(fù)載 Uo。 ? 圖 55（ b） 給出零電壓準(zhǔn)諧振buck型電流變換器的典型的工作波形 。 ? t0之前， VTS導(dǎo)通，輸入電流 Ii經(jīng) VTS續(xù)流， t0時刻，開關(guān)管 VTS關(guān)斷，電容 Cr充電， Cr上的電壓線性上升，在t1時刻， uCr達(dá)到 Uo，二極管 VD導(dǎo)通。 ? t1時刻，二極管 VD導(dǎo)通，一部分 Ii流入 Uo，一部分 Ii給電容充電， t2時刻，iLr達(dá)到 Ii，這時電容電壓達(dá)到峰值；隨后諧振電容開始放電，當(dāng)電容電壓uCr降到 Uo， iLr達(dá)到峰值，隨后 iLr開始減小，直到 uCr降到零，諧振過程結(jié)束，這時 VDS導(dǎo)通流過反向電流。 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 ? （ 3） t4 ~ t6階段 ， 電感放電階段 ， 電流路徑示意圖如圖 58(c)所示 。 這段時間電感電流 iLr線性下降 ， iS線性增大 ? t5時刻 ， iLr下降到等于 Ii， 接著 iLrIi， VTS導(dǎo)通給 Ii提供續(xù)流通路 ， t6時刻 ，iLr下降到零 ， iS達(dá)到 Ii。 ? t6之后 ， VTS繼續(xù)導(dǎo)通 ， 流過 VTS的電流保持 Ii不變 ， 直到 t0時 ， VTS關(guān)斷 ，完成了一個周期 。 也就是說 ， VTS的關(guān)斷時間固定 ， 可以通過調(diào)節(jié) VTS的導(dǎo)通時間來調(diào)節(jié)占空比 ， 從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的 。 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 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電壓型 Buck變換器 ，其電路拓?fù)浜椭饕ぷ鞑ㄐ稳鐖D59所示 （ a） 電路拓?fù)? （ b）主要工作波形 圖 59 Buck型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器的簡化電路及主要工作波形 ? 此外，逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)也是屬于零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器，其電路拓?fù)浜凸ぷ鞑ㄐ稳鐖D 510所示。 ? t0之前 ， VTS導(dǎo)通 ， iLr經(jīng) VTS續(xù)流 ，iLrIo， t0時刻 ， 開關(guān)管 VTS關(guān)斷 ， Lr和 Cr發(fā)生諧振 ， iLr對 Cr充電 ， Cr上的電壓上升 。 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） t4 ~ t0階段 ， 電感充電階段 。 t4 ~ t0階段 ， 直流母線電壓被箝位成零 ， 若這時逆變橋內(nèi)開關(guān)管換相 ， 則也是零電壓開通或關(guān)斷 。 LrCrV DSV TSUiiL ruC r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 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? 用準(zhǔn)諧振零電流開關(guān)代替Buck變換器中的開關(guān)就構(gòu)成了零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振 Buck變換器，如圖 511(a)所示，其工作波形如圖 511(b)所示。 LrCrV DV DSV TSUiLC RuSuC rIo（ a）電路拓?fù)? （ b）主要工作波形 圖 511零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振 Buck變換器電路拓?fù)浼捌涔ぷ鞑ㄐ? 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 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? （ 1） t0 ~ t1階段 ， 電感充電階段 ，電流路徑示意圖如圖 512(a)所示 。 LrCrV DV TSUiLC R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 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 零電流開關(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 512(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 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 ? （ 3） t4 ~ t6階段 ， 電容放電階段 ，電流路徑示意圖如圖 512(c)所示 。 t5時刻 ， uCr下降到等于 Ui ? 由于負(fù)載為電流源 ， uCr繼續(xù)放電 ，這時開關(guān)管兩端的電壓開始上升 ，直到 t6時刻 ， uCr兩端電壓下降到零 ，uS上升到等于 Ui 。 ? t6時刻 ， uCr放電完 ， uCr = 0， 輸出電流經(jīng)二極管 VD續(xù)流 ， 直到 t0時刻VTS再次導(dǎo)通 ， 進(jìn)入下一工作周期 。也就是說， VTS的導(dǎo)通時間固 定，可以通過調(diào)節(jié) VTS的關(guān)斷時間來調(diào)節(jié)占空比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 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 PWM軟開關(guān)變換器 ? 準(zhǔn)諧振軟開關(guān) DC/DC變換器與常規(guī)的 PWM硬開關(guān)變換器相比 ， 由于開關(guān)器件在零電壓或零電流條件下完成開通與關(guān)斷過程 ， 電路的開關(guān)損耗大大降低；電磁干擾 (EMI)大大減??；變換電路可以以更高的開關(guān)頻率工作；相應(yīng)變換器的功率密度可以大大提高等 。 ? 常規(guī)的 PWM變換器開關(guān)頻率恒定 ， 當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變化時 ， 通?？空{(diào)節(jié)開關(guān)的占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓 ， 屬恒頻控制 ， 控制方法簡單 。 主要分為零開關(guān) PWM變換器 、 零轉(zhuǎn)換 PWM變換器和移相控制軟開關(guān) PWM全橋變換器 。 ? 對零電壓準(zhǔn)諧振 Buck變換器 ， 如果沒有諧振 ， 開關(guān)管一關(guān)斷 ， Cr兩端的電壓很快增大到等于 Ui， 并維持到下一次開關(guān)管開通 ， 開關(guān)管 VTS硬開通；增加了 Lr、 Cr， 則開關(guān)管一關(guān)斷 ， Lr與 Cr就開始諧振 ， 諧振結(jié)果使 Cr兩端的電壓為零 ， 并通過 VDS給 Lr續(xù)流使 VTS（ Cr） 兩端電壓箝位成零 ， 這時 （ 圖 59(b)的 t4~t5期間 ） 開通 VTS， 則 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 零開關(guān) PWM變換器 ? 若在 VTS關(guān)斷之前用開關(guān) S1將 Lr短接 ， 如圖 513(a)所示 ， 使 Lr中的電流經(jīng) S1續(xù)流保持不變 ， VTS關(guān)斷時 ， Cr兩端電壓很快充電至 Ui， 隨后保持不變 ， 如圖 513(b)所示的 t1~t2期間 。 這樣 ， 如果 S1的關(guān)斷時刻和 VTS的開通時刻保持不變 ， 改變 VTS的關(guān)斷時刻 ， 則可以實現(xiàn) PWM控制 。 控制諧振時刻的方法就是 ， 要么在適當(dāng)時刻先短接諧振電感 ， 在需要諧振的時刻再斷開；要么在適當(dāng)時刻先斷開諧振電容 ，在需要諧振的時刻再接通 。 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 SS1CrLrV DL（ a）零電壓開關(guān) PWM電路的基本開關(guān)單元 圖 514 零開關(guān) PWM電路的基本開關(guān)單元 （ b）零電流開關(guān) PWM電路的基本開關(guān)單元 零開關(guān) PWM變換器 ? 1） 零電壓開關(guān) PWM變換器 ? 以 Buck型變換器為例 ， 若在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電感上并接一個可控開關(guān) ， 就構(gòu)成了如圖 513(a)所示的零電壓開關(guān) PWM變換器； ? 若在準(zhǔn)諧振變換器的諧振電容上串接一個可控開關(guān)則構(gòu)成如圖 515(a)所示的零電壓開關(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 圖 515 ZVSPWM Buck變換器拓?fù)浼爸饕ぷ鞑ㄐ? 圖 513 零開關(guān) PWM變換器 零開關(guān) PWM變換器 ? ZVSPWM Buck變換器的一個工作周期分為 5個階段 ， 設(shè)電路初始狀態(tài)為主開關(guān)管 VTS導(dǎo)通 ， 輔助開關(guān)管 VTS1關(guān)斷 ， 續(xù)流二極管 V