第7章-谐振开关技术.ppt

图7.12软开关电路基本结构a)串联电感 b)并联电感 c)扫并联二极管 图7.13ZCS型准谐振变流器 图7.14 ZCS型准谐振变流器的电压电流波形 图7.15 ZCS型准谐振变流器的电压电流轨迹 图7.16 ZVS型准谐振变流器的基本结构 图7.17 ZVS型准谐振变流器的电压电流波形 图7.18 ZVS型准谐振变流器的电压电流波形 图7.19谐振PWM的电压电流轨迹 图7.20谐振式ZCS变流器 图7.21零电流开关准谐振Buck变换器(a)基本电路原理图，(b)等效分析电路 图7.22零电流开关准谐振Buck变换器电路波形(a)半波模式；(b)全波模式 图7.23各时间段等效电路拓扑 图7.24 Buck ZVS-QRC与Buck ZVS-PWM变换电路 图7.25各时间段对应的的等效电路拓扑 图7.26电量波形 图7.27 ZCS谐振开关DC／PC变换电路(a)BuckZCS-QRC变换电路；(b)BuckZCS-PWM变换电路 七、软开关PWM技术 概述 1、零电压谐振电路 2、工作过程分析 3、零电流谐振电路 4、 ZVS同ZCS比较 概述 准谐振变换电路和常规的PWM硬开关变换电路相比较，具有许多比较明显的优点： 由于开关在零电压或零电流条件下完成开通与关断过程，电路的开关损耗大大降低， 电磁干扰大大减小， 变换电路可以以更高的开关频率工作， 相应变换器的功率密度可以大大提高等。 二者也存在着一些明显的不足： 开关器件可能承受过高的电压应力和电流应力， QRC变换电路的输出需采用调节频率的方法来控制，给实际应用带来了很多的麻烦。 常规的PWM变换器其频率恒定，当输入电压或负载变换时，通常靠调节开关的占空比来调节输出电压，属恒频控制，控制方法简单； 而对于QRC变换电路，当输入电压或负载在大范围内变化时，为了实现对输出电压的调节，变换器的开关频率也需大范围地变化，而变压器、电感等磁元件只能按最低频率设计，因此不可能做到最优化设计； 另外，开关频率的大范围变化，给滤波器的设计也造成困难。 为了克服QRC变换电路变频控制造成的诸多问题，在20世纪80年代后期和90年代初期，许多学者专家提出了能实现恒频控制的软开关PWM技术，希望通过采用这种技术使变换器同时具有PWM和准谐振变换器的优点，而且谐振过程可以被阻断，谐振时间可以被控制，在阻断期间，电路将以PWM开关模式工作，阻断过程结束后，电路可以继续完成谐振，这使得电路既可以通过频率调制方式又可以通过常规的PWM脉宽调制方式控制输出电压。 软开关PWM技术的中心内容是： (1)在电路开关器件发生状态转换时，开关器件工作于零电压或零电流条件下。 (2)当开关状态转换完毕之后，器件工作于硬开关PWM状态下。 软开关PWM技术分类： (1)零电流(ZCS)—PWM变换器：PWM变换器中开关器件在零电流条件下发生状态转换。 (2)零电压(ZVS)—PWM变换器：PWM变换器中开关器件在零电压条件下发生状态转换。 1、零电压谐振电路 图7.24(a)所示为普通Buck ZVS—QRC电路。在其基础上增加一个开关管Q0和二极管D2，就构成了Buck ZVS—PWM电路，如图7.24(b)所示。 按前述定义，图7.24(b)所示电路仍然是属于串联模式(SM)。 Q2和D2的增加，使得电路可以很方便地实现PWM控制。 实际上，Q2和D2的增加，使得原来ZVS—QRC电路中主开关管的恒定断态时间变成可以根据输入电压及负载变化而进行调节的变量。 在恒定开关频率下通过调解此段时间就可以实现调节输出电压的目的。 新增加的开关Q2和D2是在零电流条件下完成开关过程的，因此，电路总的损耗量并未增加多少。 图7.24(b)所示电路的基本工作原理可简述如下： 设初始时，电路中主开关管Q1导通，辅助开关管Q2关断，输出负载电流I0全部通过Q1，一个开关周期从开关管Q1的关断开始。 当Q1在Snubber电容Cr的作用下关断后，输出电流I0迅速从Q1转移到Cr上，之后，Cr由恒定的电流I0充电，其两端电压ucr线性上升。 当ucr上升到等于输入电压Uin时，续流二极管D导通。之后，Lr与Cr开始谐振，电感电流以谐振方式衰减，电容电压以谐振方式上升。 当电感电流iLr下降到零后，由于辅助开关管Q2不导通，将保持在零态，电容电压ucr达到最大值，并保持在该值上。这个状态的持续时间由电路输出电压的PWM控制要求确定。 当PWM控制策略要求再次导通主开关管Q1时，电路首先要导通辅助开关管Q2(在零电流下导通)，Q2导通后，Lr与Cr再次发生谐振(此时与常规的ZVS—QRC电路状态相同)。 当电容电压ucr谐振到零时，二极管D