【正文】 作近似不變，因此濾波電路及負(fù)載將用一個(gè)恒流源等效代替， 如圖 。圖 為 4個(gè)時(shí)間段描述，相對(duì)應(yīng)的電路拓?fù)淠Ｊ饺鐖D 。 ? (1)t0～ t1時(shí)間段 ?在這一時(shí)間段，開關(guān) S導(dǎo)通，電感電流 iLr I0，在電壓 Uin作用下線性上升，其等效電路 如圖 (a)所示，這一時(shí)間段有： ?初始條件為： ?解方程式 ()并代入初始條件可得： inLrr UdtdiL ?0?cru0)( 0 ?ti Lr)( 0ttLUirinLr ??() () 53 ?在 t1時(shí)刻， iLr上升到等于輸出電流 I0，這個(gè)時(shí)間段結(jié)束，由式 ()可得這個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)度： ? (2) t1～ t2時(shí)間段 ?在時(shí)刻 t1， iLr等于 I0，二極管 D截止，電感 Lr與電容 Cr開始諧振，這時(shí)有： 001 IULttTinrt ???????????????crinLrrLrcrruUdtdiLIidtduC0 () () 54 ?初始條件： ?解微分方程組 ()并代入初始條件可得： ?式中 , 為諧振角頻率 , 諧振電路的特性阻抗。 ?如果應(yīng)用的是全波型諧振開關(guān) (全波模式 )， iLr下降到零后，iLr將通過開關(guān) S的反并聯(lián)二極管繼續(xù)向反方向諧振，并將能量反饋回輸入電源，當(dāng) iLr在時(shí)刻 tb從反方向再次諧振回零時(shí)這個(gè)時(shí)間段結(jié)束。 ?對(duì)于半波型諧振開關(guān) ， 。 rinrr UZIttT???????? )a rc s i n(1 01222Tr?? ???? 23????? 223 ?? att ?2att ?2() 58 ? (3)t2～ t3時(shí)間段 ?這一時(shí)間段的等效電路拓?fù)?如圖 (c)所示，在這個(gè)時(shí)間里開關(guān) S斷開，二極管 D斷開，輸出電流通過電容 C流通，電容電壓處于線性放大狀態(tài)，這時(shí)候有： ?初始時(shí)刻 ?解微分方程式并代入初始條件可得： ?當(dāng) ucr在時(shí)刻 t3重新諧振回零時(shí)，二極管 D導(dǎo)通， t2～ t3時(shí)間段結(jié)束。 ?把 ucr(t3)=0及式 ()代入式 ()可得時(shí)間段長(zhǎng)度： () inrUZI 0s in ???22202 1s i n1c osinrUZIs i gns i gn ???? ??])(11[ 200233inrrinUZIs i gnICUttT ????? () 60 ?(4) t3～ t4時(shí)間段 ?這一時(shí)間段的等效電路拓?fù)?如圖 (d)所示。 ?這個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)度取決于電路的開關(guān)周期。 61 七、軟開關(guān) PWM技術(shù) ?概述 ?零電壓諧振電路 ? 工作過程分析 ?零電流諧振電路 ? ZVS同 ZCS比較 62 概述 ? 準(zhǔn)諧振變換電路和常規(guī)的 PWM硬開關(guān)變換電路相比較，具有許多比較明顯的 優(yōu)點(diǎn) ： ? 由于開關(guān)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， ? 電磁干擾大大減小， ? 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。 63 ?常規(guī)的 PWM變換器其頻率恒定，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載變換時(shí)，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(jiǎn)單； ?而對(duì)于 QRC變換電路，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載在大范圍內(nèi)變化時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，變換器的開關(guān)頻率也需大范圍地變化，而變壓器、電感等磁元件只能按最低頻率設(shè)計(jì)，因此不可能做到最優(yōu)化設(shè)計(jì)； ?另外，開關(guān)頻率的大范圍變化，給濾波器的設(shè)計(jì)也造成困難。 65 ?軟開關(guān) PWM技術(shù)的 中心內(nèi)容 是： ? (1)在電路開關(guān)器件發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，開關(guān)器件工作于零電壓或零電流條件下。 ?軟開關(guān) PWM技術(shù) 分類 ： ?(1)零電流 (ZCS)—PWM變換器： PWM變換器中開關(guān)器件在零電流條件下發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 66 零電壓諧振電路 ? 圖 (a)所示為普通 Buck ZVS—QRC電路。 ?按前述定義，圖 (b)所示電路仍然是屬于串聯(lián)模式(SM)。 ?實(shí)際上， Q2和 D2的增加，使得原來 ZVS—QRC電路中主開關(guān)管的恒定斷態(tài)時(shí)間變成可以根據(jù)輸入電壓及負(fù)載變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)的變量。 ?新增加的開關(guān) Q2和 D2是在零電流條件下完成開關(guān)過程的，因此，電路總的損耗量并未增加多少。 ?當(dāng) Q1在 Snubber電容 Cr的作用下關(guān)斷后，輸出電流 I0迅速從 Q1轉(zhuǎn)移到 Cr上，之后， Cr由恒定的電流 I0充電，其兩端電壓 ucr線性上升。之后，Lr與 Cr開始諧振，電感電流以諧振方式衰減，電容電壓以諧振方式上升。這個(gè)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間由電路輸出電壓的 PWM控制要求確定。 ?當(dāng)電容電壓 ucr諧振到零時(shí)，二極管 D1導(dǎo)通，電感電流 iLr流過二極管 D1并逐漸衰減到零。 ?另外，在二極管 D1通后的任何時(shí)刻，輔助開關(guān)管Q2都可以在零電流下關(guān)斷，因?yàn)槿侩姼须娏髁鬟^二極管 D1。 69 ? 從上述的工作原理可以看出，在 ZVS—PWM電路中，所有的開關(guān)管及二極管都是在良好的工作條件下，即零電壓或零電流條件下完成通斷的。 70 工作過程分析 ?在對(duì) Buck ZVS—PWM電路一個(gè)開關(guān)周期的動(dòng)態(tài)工作過程進(jìn)行詳細(xì)分析之前，同樣需要作如下的幾點(diǎn)假設(shè)： ? 所有元器件都是理想的。 ?Buck ZVS—PWM電路的一個(gè)開關(guān)周期可分為六個(gè)時(shí)間段描述，電路拓?fù)浼爸饕娏坎ㄐ?如圖 圖 。 ?而拓?fù)淠Ｊ?(c)、 (f)則是標(biāo)準(zhǔn)的 PWM運(yùn)行模式。 ? (1) t0～ t1時(shí)間段 (模式 a) ?在時(shí)刻 t0，主開關(guān)管 Q1關(guān)斷，之后負(fù)載輸出電流 I0全部流過電容 Cr。在這個(gè)時(shí)間段有 ： ?初始條件為： ucr (t0)=0 ?解方程式 ()可得： 0IdtduC crr ?)()( 00 ttCIturcr ?? () () 72 ?當(dāng) ucr在 t1時(shí)刻上升到等于輸入電壓 Uin時(shí)，續(xù)流二極管 D導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)間段結(jié)束。這個(gè)時(shí)間段的等效電路拓?fù)?如圖 (b)所示。 ?在時(shí)刻 t2， ucr以正弦方式諧振到其最大值 (ucr=Uin+ZrI0), 而iLr則諧振為零，這個(gè)時(shí)間段結(jié)束。在 Q2未導(dǎo)通前， iLr將一直保持為零，而電容電壓 ucr也將一直保持為最大值。在這個(gè)時(shí)間段，電路將以標(biāo)準(zhǔn)的 PWM模式運(yùn)行，對(duì)應(yīng)的電路拓?fù)淙鐖D (c)所示。 0?? dtdiLu Lrrcr0m a x)( IZUutu rincrcr ??? 0)( ?tiLr75 ? (4)t3～ t4時(shí)間段 (模式 d) ?在時(shí)刻 t3，導(dǎo)通輔助開關(guān)管 Q2(零電流下導(dǎo)通 )，之后，電感 Lr與電容 Cr，再次諧振這個(gè)時(shí)間段的等效電路拓?fù)?如圖(d)所示。 ?在時(shí)刻 t4，電容電壓 uCr皆振到零，這個(gè)時(shí)間段結(jié)束。之后，二極管 D1導(dǎo)通，電感電流； iLr將通過 D1向輸入電壓放電從而線性下降。在 Ucr諧振到零之后到 iLr衰減到零之前 (t4～ t5)，主開關(guān)管 Q1可在零電壓下完成導(dǎo)通過程。這一時(shí)間段的電路拓?fù)淠Ｊ?如圖 (e)所示。將 iLr (t5)= I0代入上式可得這一時(shí)間段的長(zhǎng)度： ??????c os)(0)(044ItituLrcr)c os1()( ???ininLr UUti)c os1(0455 ?????inrUILttT() () 78 ? (6) t5～ t6時(shí)間段 (模式 f， PWM模式 ) ?在 t5時(shí)刻， iLr上升到等于 I0，續(xù)流二極管 D關(guān)斷。在這一時(shí)間段，電路將以標(biāo)準(zhǔn)的 PWM方式運(yùn)行，電流拓?fù)淠Ｊ?如圖 (f)所示。 79 零電流諧振電路 ?如圖 ，工作原理同零電壓式準(zhǔn)諧振電路類似。 ?一般情況下，在開關(guān)頻率較高時(shí)， ZVS比ZCS開關(guān)損耗小，因而