【正文】 此時(shí)電路狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。② 此時(shí)的導(dǎo)納最小，電路電流有效值達(dá)到最小。④ 由于并聯(lián)諧振時(shí)，L、C電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。⑤ 諧振發(fā)生時(shí)，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進(jìn)行充放電過程，形成正弦波振蕩。它利用諧振電路產(chǎn)生正弦波，在正弦波過零時(shí)切換開關(guān)管，從而大大提高了開關(guān)管的控制能力，并減小了電源體積。另外，電源頻率得到大幅度提高。，諧振式電源結(jié)合功率因數(shù)校正技術(shù)，甚至接近于1。這種開關(guān)電源又分為：① ZCS——零電流開關(guān)。② ZVS——零電壓開關(guān)。在脈沖調(diào)制電路中，加入L、C諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。onoffSIsTsTonToffSUsTsIcUiSLrCrVDIcUiSLrCrVD圖315 電流諧振式開關(guān)電路和電壓諧振式開關(guān)電路ZCS電流諧振開關(guān)中，Lr、Cr構(gòu)成的諧振電路通過Lr的諧振電流通過S，我們可以控制開關(guān)在電流過零時(shí)進(jìn)行切換。ZVS電壓諧振開關(guān)中，Lr、Cr構(gòu)成的諧振電路的Cr端諧振電壓并聯(lián)到S，我們可以控制開關(guān)在電壓過零時(shí)進(jìn)行切換。以上兩種電路，由于開關(guān)切換時(shí)，電流、電壓重疊區(qū)很小，所以切換功率也很小。所以又有半波諧振開關(guān)和全波諧振開關(guān)的區(qū)分。下面，我們對(duì)這個(gè)過程做一些分析，以了解諧振開關(guān)的工作原理。如下面兩組圖形所示：SL1C1VD1SL1C1VD1SL1C1圖316 L型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波）SL1C1SL1C1VD1SL1C1VD1圖317 M型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波）這里的L1用于限制di/dt，C1用于傳輸能量，在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，構(gòu)成串聯(lián)諧振。按照Buck電路的拓?fù)浣Y(jié)果，可以得到如下電路：ViVD2VD1L1L2C2RLSC1V0i1圖318 Buck型準(zhǔn)諧振ZCS變換器（L型）ViVD2VD1L1L2C2RLSC1V0圖319 Buck型準(zhǔn)諧振ZCS變換器（M型）這里，我們分析一下L型電路的工作過程。L2遠(yuǎn)大于L1，從L2左側(cè)看，可以認(rèn)為流過LCRL的輸出電流是一個(gè)恒流源，電流I0。此時(shí)。由，且L1初始電流為0，有： (311)到t1時(shí)刻，達(dá)到負(fù)載電流I0，因此：此階段持續(xù)時(shí)間： (312)可以看出，此階段是時(shí)間的線性函數(shù)。當(dāng)時(shí)，將以對(duì)C1充電，VD2開始承受正壓，VD2電流下降并截止。 (313) (314)因而： (315)其中，為諧振電流。如為半波開關(guān)，則開關(guān)自行關(guān)斷；如果是全波開關(guān)，開關(guān)關(guān)斷后，將通過VD1進(jìn)行阻尼振蕩，將電容能量饋送回電源，到時(shí)刻電流第二次為0。VC1在i1諧振半個(gè)周期，時(shí)，達(dá)最大值。如為半波開關(guān)，則諧振階段結(jié)束?？梢钥闯鲋C振階段前，、是時(shí)間的正弦函數(shù)；如為全波開關(guān)，還有一段時(shí)間的阻尼振蕩波。這階段，如考慮電流方向性： (317)故： (318)因此，這個(gè)階段的是時(shí)間的線性函數(shù)，電壓從逐步下降到零。④ 續(xù)流階段（）：當(dāng)電容放電到零后，VD2因反壓消失而導(dǎo)通，對(duì)L2及負(fù)載進(jìn)行續(xù)流，以保持電流I0連續(xù)。根據(jù)以上導(dǎo)出的各公式，可以得到如下的波形圖：ttttttttSiLVSVC1ONONSiLVSVC1t0t1t3t4t0t1t3t4t2t2I0圖320 半波ZCS開關(guān)波形與全波ZCS開關(guān)波形從以上分析可以看出，ZCS諧振開關(guān)變換器的開關(guān)管總是在電流為0時(shí)進(jìn)行切換。M型電路分析方法類似，不再贅述。分析過程大體類似，此處從略。原因是脈沖寬度僅受諧振參數(shù)控制。軟開關(guān)技術(shù)實(shí)際上是利用電容與電感的諧振，使開關(guān)器件中的電流或電壓按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。同時(shí)，有助于提高頻率，提高開關(guān)的容量，減小噪聲。按控制方式，軟開關(guān)可以分為：脈沖寬度脈沖頻率調(diào)制式（PFM）、脈沖頻率調(diào)制式（PWM）、脈沖移相式（PS）三種。這是應(yīng)用最多的方式，適用于中小功率的開關(guān)電源。其工作過程與前面過程略有差異：（a）線性階段（SS2導(dǎo)通）：開始時(shí)，在作用下，S1零電流導(dǎo)通。（b）正向諧振階段（SS2導(dǎo)通關(guān)斷）：當(dāng)時(shí)，因開始產(chǎn)生電壓，VD在零電流下自然關(guān)斷。（c）保持階段（S1導(dǎo)通、S2關(guān)斷）：此狀態(tài)保持時(shí)間由PWM電路要求而定，保持期間，Uin正常向負(fù)載以供電。諧振再次開始，當(dāng)反向諧振到0時(shí)， S1可在零電流零電壓下完成關(guān)斷。（f）續(xù)流階段（S1關(guān)斷、S2導(dǎo)通關(guān)斷）：衰減到0后，VD自然導(dǎo)通開始續(xù)流?？梢?，S1在前四個(gè)階段（線性、諧振、保持）均導(dǎo)通，恢復(fù)及續(xù)流時(shí)關(guān)斷。SS2的有效控制產(chǎn)生了PWM的效果，并利用諧振實(shí)現(xiàn)了自身的軟開關(guān)。續(xù)流二極管電壓應(yīng)力大，而且諧振電感在主通路上，因而負(fù)載、輸入等將影響ZCS工作狀態(tài)。在每次S1導(dǎo)通前，首先輔助開關(guān)管S2導(dǎo)通，使諧振電路起振。S1導(dǎo)通后，迅速關(guān)斷S2，使諧振停止。同樣，我們可以利用諧振再次關(guān)斷S1，使得主開關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)零關(guān)斷。該電路實(shí)現(xiàn)了主開關(guān)管的零壓導(dǎo)通，且保持恒頻率運(yùn)行。其缺點(diǎn)是輔助開關(guān)管不在軟件開關(guān)條件下運(yùn)行，但和主開關(guān)管相比，它只處理少量的諧振能量。其中，為變壓器的漏電感，是變壓器的激磁電感。這個(gè)電路巧妙地利用電路的寄生、產(chǎn)生諧振而達(dá)到ZVS條件。這里的輔助開關(guān)S2同樣是通過控制諧振時(shí)刻，來配合S1進(jìn)行軟開關(guān)。它控制電路相對(duì)簡單，但由于它工作頻率不穩(wěn)定，因此一般用于負(fù)載及輸入電壓相對(duì)穩(wěn)定的場(chǎng)合。我們可利用諧振電流過零來實(shí)現(xiàn)S1通斷，脈寬事實(shí)上受諧振電路參數(shù)控制，但我們可以控制S1開通時(shí)刻（即頻率）來實(shí)現(xiàn)PFM。開始時(shí)，由于續(xù)流過程沒有結(jié)束，VD將維持一段時(shí)間向提供電流。、開始諧振，輸入電源既要提供負(fù)載恒定電流，又要提供諧振電流。諧振中，可以選擇某一時(shí)刻關(guān)斷S，關(guān)斷時(shí)兩端電壓為0。當(dāng)電壓諧振到過零時(shí)，VD重新導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)電壓過零時(shí)，可以重新開通S。橋式變換器必須是在對(duì)角開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，才輸出功率。在中、大功率電源中，經(jīng)常使用這種變換器。、是開關(guān)管結(jié)電容或并聯(lián)電容，為變壓器的漏電感，為串聯(lián)的飽和電感，為阻斷電容。原理簡述：這是一個(gè)全波橋軟開關(guān)變換器，我們可以讓SS4在移相時(shí)滯后，則我們把SS2稱為超前橋臂，SS4稱為滯后橋臂。在電流過零時(shí)，由于阻斷電容、飽和電感作用，使得零電流有一定保持時(shí)間，在此期間，SS4實(shí)現(xiàn)零開關(guān)。VD3S3VD1C1CS1LSCbUosVD2C2CS2S4VD4LRLrR0Cr圖326 移相全橋零電壓零電流變換器② 不對(duì)稱移相全橋零電壓零電流變換器下圖中，超前臂外接了旁路電容和反并二極管，而滯后臂則沒有。這個(gè)電路同樣是通過諧振在零壓時(shí)開關(guān)SS3，而在零電流時(shí)開關(guān)SS4。而不對(duì)稱全橋則因?yàn)闇髽虮蹧]有了通路，因此過零后能保持在零電流，以便完成滯后臂的開關(guān)。而不對(duì)稱電路可以不串較大電感，所以損耗降低，電源效率得以提高。(b) 當(dāng)S1關(guān)斷時(shí)，C1充電，C2放電，原邊電流方向不變。(c) 當(dāng)C2放電過零，VD2開始反向?qū)〞r(shí)，可以控制S3導(dǎo)通，因此S3為零壓導(dǎo)通。此時(shí)，Cc電壓被瞬間接到變壓器副邊。(e) 當(dāng)電流回零后，輔管關(guān)斷。使得C3電壓反向加到S4上，促使S4在零電流下關(guān)斷。電流換向成功，進(jìn)入下半個(gè)周期。這里只簡單瀏覽相關(guān)典型軟開關(guān)電路，感興趣者可查閱相關(guān)專業(yè)資料[7]。它可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零壓切換，且在寬負(fù)載和輸入電壓范圍實(shí)現(xiàn)恒頻PWM調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的軟開關(guān)要附加有源器件（如開關(guān)）及控制電路，近幾年逐步開始開發(fā)無源軟開關(guān)，從而促進(jìn)了電路的簡化和開關(guān)電源的成本降低。(3) DC/DC變換器DC/DC變換器實(shí)際上就是前面講到的各類變換器。這類器件目前取得了較大范圍的應(yīng)用，使得用戶可以簡單地構(gòu)件自己的電源系統(tǒng)。所以，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用不僅僅限于開關(guān)電源本身，其它類似功率變換電路也可以借用這個(gè)技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)功率器件的軟開關(guān)，從而降低損耗，提高效率。(5) 三電平電路在大功率高電壓變換電路中，管子的電壓應(yīng)力必須盡量降低。通過增加“變換電感”和電容器件，達(dá)到降低電壓應(yīng)力的目的。(6) 其它電路及發(fā)展方向變換器電路實(shí)際還有很多問題需要討論，我們?cè)谟邢薜臅r(shí)間內(nèi)不可能完全涉及。以滿足高功率電源需要。目前在1VDC電源方向展開了一系列研究。這類芯片含有：MOS智能開關(guān)、電源管理電路、半橋或全橋逆變器、PWM專用SPIC、線性集成穩(wěn)壓器、開關(guān)集成穩(wěn)壓器等。下面介紹這種芯片。該芯片內(nèi)置大容量半橋電路，可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。它的另一大特點(diǎn)是過流時(shí)采用斷續(xù)方式工作，具備過流及短路保護(hù)功能。(2) 推薦使用條件：電源：1236V。振蕩頻率設(shè)置電阻：Ron：1075K，Roff：230K。① 功率/溫度特性：它由功率上限、溫度上限、及負(fù)溫度特性的斜線組成。2585℃區(qū)域，呈負(fù)溫度特性。② Icc/Vcc特性：Icc、Vcc指電源電流、電壓的關(guān)系。前者為16V，后者為10V。③ 振蕩頻率/溫度特性該芯片內(nèi)置了一個(gè)振蕩元件需要外接的振蕩電路，該電路頻率將隨溫度變化而呈現(xiàn)負(fù)溫度特性。實(shí)際上，溫度會(huì)影響很多器件的特性，對(duì)精密電路，這種影響是必須考慮的。該器件額定電流為2A。圖43 占空比F/B輸入電流曲線⑦ 占空比F/B輸入電流特性這個(gè)特性反應(yīng)了電源反饋電流和占空比的關(guān)系。反饋信號(hào)越強(qiáng)，占空比越低。(1) 芯片結(jié)構(gòu)：M51995AFP的原理結(jié)構(gòu)：它主要由振蕩器、反饋電壓檢測(cè)變換、PWM比較、PWM鎖存、過壓鎖存、欠壓鎖存、斷續(xù)工作電路、斷續(xù)方式和振蕩控制電路、驅(qū)動(dòng)輸出及內(nèi)部基準(zhǔn)電壓等部分組成。CF電壓由于恒流源的充放電而呈三角波。充電電流由Ron控制，放電電流由放電電阻Roff控制。其中。當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，斷續(xù)方式和振蕩控制電路開始工作，此時(shí)T－off端電壓依賴于VF控制端電壓，振蕩器死區(qū)時(shí)間將延長。其中。所以當(dāng)時(shí)振蕩器的工作和沒有發(fā)生過流時(shí)一樣。(c) VF端的應(yīng)用方法：通常使VF端電壓正比于變換器的輸出電壓，這樣當(dāng)發(fā)生過流而使輸出電壓變低時(shí)，VF也變低，使得Cf放電電流減小，死區(qū)時(shí)間（放電時(shí)間）也相應(yīng)變長，從而進(jìn)一步降低占空比。 圖46 正激式變換器中VF端的應(yīng)用② PWM比較鎖存部分圖47為PWM比較和鎖存部分的電路圖：圖47 PWM比較和鎖存F/B：電壓反饋端，E點(diǎn)OSC是振蕩電路產(chǎn)生的矩形波，高電平時(shí)對(duì)應(yīng)充電，低電平對(duì)應(yīng)放電。故B、C、D、E各點(diǎn)的邏輯關(guān)系為：D點(diǎn)在三角波高出A點(diǎn)反饋時(shí)為高電平，低于A點(diǎn)時(shí)為低電平。C=B*E，從而得到C點(diǎn)輸出波形。這樣電源輸出開關(guān)管得到的基極激勵(lì)信號(hào)正好與電源輸出構(gòu)成負(fù)反饋關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源輸出的調(diào)節(jié)。半橋電路恰好滿足了這一點(diǎn)，但它的穿透電流比較大。該芯片通過改進(jìn)的半橋電路，穿透電流由常規(guī)的1A左右降低到了100mA。因此，當(dāng)電源電壓變低時(shí)，F(xiàn)/B反饋電壓越高（IF/B?。珻脈沖越寬，輸出時(shí)間越長，從而使電源電壓回升；反之亦然。實(shí)際上該信號(hào)控制的狀態(tài)在接下來的死區(qū)時(shí)間里被復(fù)位，所以電流限制電路在每個(gè)周期都可以起作用，被稱為“逐脈沖電流限制”。 建議電阻采用范圍10100，以保證CLM端合適的輸入電流。同時(shí)，斷續(xù)方式和振蕩控制電路開始工作，即輸出高電平。另一種情況就是VF端反饋電壓低于3VDC時(shí)，該電路啟動(dòng)工作。對(duì)照兩個(gè)圖形，可以看出該電路的工作方式。圖411為斷續(xù)方式電路的原理圖。SWA閉合而SWB斷開時(shí)，CT被120μA的電流充電，SWB閉合而SBA斷開時(shí)，CT被15μA的電流放電，所以CT端呈三角波。CT端的三角波頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)振蕩頻率。圖411 斷續(xù)方式工作電路圖⑦ 電壓檢測(cè)電路DET端可被用來控制輸出電壓。DET和F/B端具有反相特性，它們之間應(yīng)接以串接的電阻和電容以利相位補(bǔ)償。加電容則不同，因?yàn)殡娙萦懈糁蹦芰?。圖412 檢測(cè)電路等效圖⑧ ON/OFF電路部分ON/OFF端子用來開關(guān)芯片工作。在過壓保護(hù)（OVP）及OFF狀態(tài)下，芯片的工作電流均由起動(dòng)電路提供。圖413是建議的外部連接方法。如果無須控制芯片工作時(shí)，ON/OFF端可以直接接地。3構(gòu)成正反饋電路。為了復(fù)位，須使OVP端電壓低于閾值或使VCC低于OVP復(fù)位供電電壓（典型值為9V）。但必須輸入大于I2約800μA到8mA的電流，才能觸發(fā)OVP工作。如果需要OVP電位一直保持，則在OVP和地之間不要接電容。脈沖寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)取決于反饋電平與振蕩器三角波的比較。隔離變壓器包括三個(gè)繞組，即原邊、副邊及第三繞組。 從整個(gè)電路結(jié)構(gòu)看，它使用了最簡單的單管結(jié)構(gòu)。 電路