电力电子技术基础教学课件作者邢岩第3章节DC-DC变换电路课件幻灯片.ppt

将基本变换器变换、并插入变压器，可以构成单端反激和单端正激变换器。单端反激变换器是升降压变换器、也是最简单的隔离式变换器，其中的电感-变压器兼有电感储能和变压器隔离功能，适于较小功率的应用场合；单端正激变换器是隔离式Buck变换器，其传递功率过程（即开关管导通时）变压器磁芯单向磁化，所以开关管关断期间必须令磁芯复位，可以用第三绕组复位方式，或其它复位方式。 两个或四个开关管组成的多管变换器（包括隔离的和非隔离的），多个开关管分担功率应力，所以适合较大变换功率应用。 上述变换器都是以PWM方式工作，控制占空比D即可控制电压增益。所谓升压式还是降压式是指变换器电压增益随占空比变化的关系。 双向变换器通过变换器中开关管的组合和控制，可以使能量双向流动，以变换器某一端为输出或另一端为输出，所得到的电压增益是不同的。 软开关技术可以较小开关损耗，减小电压和电流尖峰、降低EMI水平。但电路拓扑和控制比较复杂，软开关都是通过LC谐振过程实现的，这里的LC可以是外加的谐振元件或开关器件、变压器的寄生参数。软开关过程包括零电压和零电流开关过程。 图3-34 硬开关过程 图3-35 理想零开关过程 开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压/零电流开关技术 功率管在开关过程中,其端电压和流过的电流波形有交叠，因而有很大的瞬时开关损耗 应用LC谐振原理，使开关变换器的开关器件中电流(或电压)按准正弦规律变化，当电流自然过零时，使器件开通和关断，称为零电流谐振开关，简称零电流开关（ZCS，Zero Current Switch）；或电压为零时,使器件开通和关断，称为零电压开关（ZVS，Zero Voltage Switch） 3.6.1 准谐振变换器 谐振开关由半导体功率开关和电感、电容组成 若在一个开关周期内有谐振运行区间、也有非谐振运行区间，则称为准谐振变换器（QRC，Quasi Resonant Converter）。 谐振开关单元代替PWM变换器中的单个开关，可以组成各种准谐振变换器。 图3-36 a)、b)分别表示Buck型ZCS和ZVS半波准谐振变换器 (QRC，Quasi-Resonant Converter)，虚线框内为ZCS或ZVS谐振开关 谐振电感Lr包括电路中可能有的杂散电感和变压器漏感，谐振电容Cr包括功率开关管结电容。 图3-36 Buck型半波准谐振变换器 (a) ZCS-QRC (b) ZVS-QRC 为简化分析，假设输出滤波电感很大，忽略电感电流纹波、电感等效为恒流源Io 一个开关周期可分为4个工作模态 设Q开通前VD流过负载电流Io，此时UVD＝0、Ucr=Ui t＝t0时开通Q。 以图3-36a ZCS-QRC Buck变换器为例，分析工作原理： 模态I： to≤t≤t1, 线性阶段 t=to时D处于续流状态、流过电流Io； Lr上感应电势为Ui，流过开关管的电流ids线性上升，t＝t1时升至Io 模态II： t1≤t≤t2， 谐振阶段 t＝t1时输入电流ids升至Io，因此D电流下降到零而截止。LrCr谐振、ids继续上升，ids除供给负载电流Io外，还以ids-Io对电容Cr反向谐振充电，到t＝t2时，ids＝0，由于VDr的作用、ids不能反向流动、维持为零，Q相当于关断 模态III： t2≤t≤t3， 恢复阶段 ids＝0时关断Q。电容Cr以Io恒流充电、电压ucr线性上升，并在t＝t3时上升到Ui。此阶段电压源Ui向负载供电 模态IV： t3≤t≤t4， 续流阶段 当ucr上升到Ui时，续流管VD导通续流 调节Q关断时间、即调节续流时间，就可以控制输出电压 图3-37 Buck型半波准谐振变换器工作波形 (a) ZCS-QRC (b) ZVS-QRC 通过以上分析，还可以发现，对于ZCS–QRC： （1）开关管上承受较大的电流应力。 （2）开关频率与负载Io、Uo/Ui等有关，换言之，需要变频控制实现稳压。 3.6.2 ZVS-PWM和ZCS-PWM变换器 在开关转换过程工作在准谐振方式、达到零电流或零电压开关，而在导通和关断期间（即一个开关周期内的大部分时间）工作在PWM方式，这就是零电压（ZVS）-PWM和零电流（ZCS）-PWM变换器 图3-38 Buck ZCS-PWM变换器 在基本Buck变换器（图3-4）的基础上增加了ZVS辅助单元，图中Lr、Cr分别为谐振电感和谐振电容，Q1为辅助开关（体二极管VD1） i1 工作原理分析： 假设： 电路已经进入稳态，输出滤波电感工很大、在开关过程中流过电感电流不变，可以看作恒流源Io。一个开关周期可分为6个工作模态 tt0时Q和Q1关断、负载电流Io由VD续流