電力電子軟開關技術

1、第第8章章 軟開關技術軟開關技術 8.1 8.1 軟開關的基本概念軟開關的基本概念 8.2 8.2 軟開關電路的分類軟開關電路的分類 8.3 8.3 典型的軟開關電路典型的軟開關電路 8.4 8.4 軟開關技術新進展軟開關技術新進展 本章小結本章小結2/29引言引言現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化小型化、輕量化輕量化，同時，同時對裝置的對裝置的效率效率和和電磁兼容性電磁兼容性也提出了更高的要求。也提出了更高的要求。電力電子電路的高頻化電力電子電路的高頻化 可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝可以減小濾波器、變壓器的體積和重量，電力電子裝置小型化、輕量化。

2、置小型化、輕量化。 開關損耗增加，電路效率嚴重下降，電磁干擾增大。開關損耗增加，電路效率嚴重下降，電磁干擾增大。 軟開關技術軟開關技術 降低開關損耗和開關噪聲。降低開關損耗和開關噪聲。 使開關頻率可以大幅度提高。使開關頻率可以大幅度提高。3/298.1 軟開關的基本概念軟開關的基本概念 8.1.1 硬開關與軟開關硬開關與軟開關 8.1.2 零電壓開關與零電流開關零電壓開關與零電流開關4/298.1.1 硬開關與軟開關硬開關與軟開關硬開關硬開關 開關過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關過程中電壓、電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，有顯著的開關損耗開關損耗。 電壓和電流變化的速度很快，波形出

3、現(xiàn)了明顯的過沖，從而產生了電壓和電流變化的速度很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，從而產生了開關開關噪聲噪聲。 開關損耗與開關損耗與開關頻率開關頻率之間呈線性關系，因此當硬電路的工作頻率不太高之間呈線性關系，因此當硬電路的工作頻率不太高時，開關損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關頻率的提高，開關損耗就時，開關損耗占總損耗的比例并不大，但隨著開關頻率的提高，開關損耗就越來越顯著。越來越顯著。 圖圖8-1 硬開關降壓型電路及波形硬開關降壓型電路及波形a）電路圖）電路圖 b）理想化波形）理想化波形 圖圖8-2 硬開關過程中的電壓和電流硬開關過程中的電壓和電流a) 關斷過程關斷過程 b)開通過程開通過程t0u

4、iP0uitb)uuiiP00a)5/298.1.1 硬開關與軟開關硬開關與軟開關軟開關軟開關 軟開關電路中增加了軟開關電路中增加了諧振電感諧振電感Lr和和諧振電容諧振電容Cr，與濾波電感，與濾波電感L、電容、電容C相相比，比，Lr和和Cr的值小得多，同時開關的值小得多，同時開關S增加了增加了反并聯(lián)二極管反并聯(lián)二極管VDS，而硬開關電路，而硬開關電路中不需要這個二極管。中不需要這個二極管。 降壓型零電壓開關準諧振電路中，在開關過程前后引入諧振，使開關開降壓型零電壓開關準諧振電路中，在開關過程前后引入諧振，使開關開通前電壓先降到零，關斷前電流先降到零，消除了開關過程中通前電壓先降到零，關斷前電流

5、先降到零，消除了開關過程中電壓、電流的電壓、電流的重疊重疊，從而大大減小甚至消除開關損耗，同時，諧振過程限值了開關過程中，從而大大減小甚至消除開關損耗，同時，諧振過程限值了開關過程中電壓和電流的變化率電壓和電流的變化率，這使得開關噪聲也顯著減小。，這使得開關噪聲也顯著減小。 Pui0uitt0uuiP0uitt0u圖圖8-3 降壓型零電壓開關準諧振電路及波形降壓型零電壓開關準諧振電路及波形a）電路圖）電路圖 b）理想化波形）理想化波形a)b)圖圖8-4 軟開關過程中的電壓和電流軟開關過程中的電壓和電流a) 關斷過程關斷過程 b)開通過程開通過程 6/298.1.2 零電壓開關與零電流開關零電壓

6、開關與零電流開關零電壓開通零電壓開通 開關開通前其開關開通前其兩端電壓為零兩端電壓為零，則開通時不會產生損耗和，則開通時不會產生損耗和噪聲。噪聲。零電流關斷零電流關斷 開關關斷前其開關關斷前其電流為零電流為零，則關斷時不會產生損耗和噪聲。，則關斷時不會產生損耗和噪聲。零電壓關斷零電壓關斷 與開關與開關并聯(lián)的電容并聯(lián)的電容能延緩開關關斷后能延緩開關關斷后電壓上升的速率電壓上升的速率，從而降低關斷損耗。從而降低關斷損耗。零電流開通零電流開通 與開關與開關串聯(lián)的電感串聯(lián)的電感能延緩開關開通后能延緩開關開通后電流上升的速率電流上升的速率，降低了開通損耗。降低了開通損耗。在很多情況下，不再指出開通或關斷

7、，僅稱零電壓開關在很多情況下，不再指出開通或關斷，僅稱零電壓開關和零電流開關。和零電流開關。 7/298.2 軟開關電路的分類軟開關電路的分類軟開關電路的分類軟開關電路的分類 根據電路中主要的開關元件是零電壓開通還是根據電路中主要的開關元件是零電壓開通還是零電流關斷，可以將軟開關電路分成零電流關斷，可以將軟開關電路分成零電壓電路零電壓電路和和零電流電路零電流電路兩大類，個別電路中，有些開關是兩大類，個別電路中，有些開關是零電壓開通的，另一些開關是零電流關斷的。零電壓開通的，另一些開關是零電流關斷的。 根據軟開關技術發(fā)展的歷程可以將軟開關電路根據軟開關技術發(fā)展的歷程可以將軟開關電路分成分成準諧振

8、電路準諧振電路、零開關零開關PWM電路電路和和零轉換零轉換PWM電路電路。 8/298.2 軟開關電路的分類軟開關電路的分類圖圖 8-5 準諧振電路準諧振電路a）零電壓開關準諧振電路）零電壓開關準諧振電路 b）零電流開關準諧振電路）零電流開關準諧振電路 c）零電壓開關多諧振電路）零電壓開關多諧振電路 準諧振電路準諧振電路 分類分類 零電壓開關準諧振電路（零電壓開關準諧振電路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant ConverterZVS QRC） 零電流開關準諧振電路（零電流開關準諧振電路（Zero-Current-Switching Quasi-Reso

9、nant ConverterZCS QRC） 零電壓開關多諧振電路（零電壓開關多諧振電路（Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant ConverterZVS MRC） 用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（用于逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)（Resonant DC Link） 9/298.2 軟開關電路的分類軟開關電路的分類準諧振電路中電壓或電流的波形為準諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波正弦半波，因此稱之，因此稱之為為準諧振準諧振。 開關損耗和開關噪聲都大大下降，也有一些負面問題開關損耗和開關噪聲都大大下降，也有一些負面問題 諧振諧振電壓峰值電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高。

10、很高，要求器件耐壓必須提高。 諧振諧振電流的有效值電流的有效值很大，電路中存在大量的很大，電路中存在大量的無功功率無功功率的交換的交換，造成電路導通損耗加大。，造成電路導通損耗加大。 諧振周期隨輸入電壓、負載變化而改變，因此電路只諧振周期隨輸入電壓、負載變化而改變，因此電路只能采用能采用脈沖頻率調制脈沖頻率調制（Pulse Frequency ModulationPFM）方式來控制，變頻的開關頻率給電路設計帶來困）方式來控制，變頻的開關頻率給電路設計帶來困難。難。 10/298.2 軟開關電路的分類軟開關電路的分類圖圖8-6 零開關零開關PWM電路電路a）零電壓開關）零電壓開關PWM電路電路

11、b）零電流開關）零電流開關PWM電路電路 零開關零開關PWM電路電路 電路中引入了電路中引入了輔助開關輔助開關來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關過來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關過程前后。程前后。 分類分類 零電壓開關零電壓開關PWM電路（電路（Zero-Voltage-Switching PWM ConverterZVS PWM） 零電流開關零電流開關PWM電路（電路（Zero-Current-Switching PWM ConverterZCS PWM） 同準諧振電路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢：電壓和電流基本上是同準諧振電路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢：電壓和電流基本上

12、是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關承受的電壓明顯降低，電路可以采用方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關頻率固定的開關頻率固定的PWM控制方式控制方式。 11/298.2 軟開關電路的分類軟開關電路的分類圖圖 8-7 零轉換零轉換PWM電路的基本開關單元電路的基本開關單元a）零電壓轉換）零電壓轉換PWM電路的基本開關單元電路的基本開關單元 b）零電流轉換）零電流轉換PWM電路的基本開關單元電路的基本開關單元零轉換零轉換PWM電路電路 電路中采用電路中采用輔助開關輔助開關控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與控制諧振的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開

13、關主開關并聯(lián)并聯(lián)的，因此輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電的，因此輸入電壓和負載電流對電路的諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓范圍內和路在很寬的輸入電壓范圍內和從零負載到滿載從零負載到滿載都能工作在軟開關狀態(tài)，而且都能工作在軟開關狀態(tài)，而且電路中電路中無功功率的交換無功功率的交換被削減到最小，這使得電路效率有了進一步提高。被削減到最小，這使得電路效率有了進一步提高。 分類分類 零電壓轉換零電壓轉換PWM電路（電路（Zero-Voltage-Transition PWM ConverterZVT PWM） 零電流轉換零電流轉換PWM電路（電路（Zero-Current Tra

14、nsition PWM ConverterZVT PWM） 12/298.3 典型的軟開關電路典型的軟開關電路 8.3.1 零電壓開關準諧振電路零電壓開關準諧振電路 8.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán) 8.3.3 移相全橋型零電壓開關移相全橋型零電壓開關PWM電路電路 8.3.4 零電壓轉換零電壓轉換PWM電路電路13/298.3.1 零電壓開關準諧振電路零電壓開關準諧振電路圖圖8-8 零電壓開關零電壓開關準諧振電路原理圖準諧振電路原理圖零電壓開關準諧振電路零電壓開關準諧振電路 假設假設電感電感L和和電容電容C很大，可以等效為很大，可以等效為電流源電流源和和電壓源電壓源，并忽略電，并忽略電路中的

15、路中的損耗損耗。 開關電路的工作過程是按開關電路的工作過程是按開關周期開關周期重復的，在分析時可以選擇開重復的，在分析時可以選擇開關周期中任意時刻為分析的起點，選擇關周期中任意時刻為分析的起點，選擇合適的起點合適的起點，可以使分析得到，可以使分析得到簡化。簡化。 14/298.3.1 零電壓開關準諧振電路零電壓開關準諧振電路SS (uC r)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖圖8-9 零電壓開關準諧振電路的理想化波形零電壓開關準諧振電路的理想化波形 圖圖8-10 零電壓開關準諧振零電壓開關準諧振電路在電路在t0t1時段等效電路時段等效電路圖圖8-8 零電壓

16、開關準諧振電路原理圖零電壓開關準諧振電路原理圖工作過程工作過程 選擇開關選擇開關S的關斷時刻的關斷時刻為分析的起點。為分析的起點。 t0t1時段：時段：t0之前，之前，S導通，導通，VD為斷態(tài)，為斷態(tài)，uCr=0，iLr=IL，t0時刻時刻S關斷，關斷，Cr使使S關斷后關斷后電壓上升減緩，因此電壓上升減緩，因此S的關斷損耗減小，的關斷損耗減小，S關斷后，關斷后，VD尚未導通，電路可以等效為圖尚未導通，電路可以等效為圖8-10；Lr+L向向Cr充電，充電，L等效為電流源等效為電流源，uCr線性上升，同時線性上升，同時VD兩端電壓兩端電壓uVD逐漸下降，逐漸下降，直到直到t1時刻，時刻，uVD=0

17、，VD導通，這一時段導通，這一時段uCr的上升率為的上升率為 rrddCItuLC(8-1)15/298.3.1 零電壓開關準諧振電路零電壓開關準諧振電路圖圖8-8 零電壓開關準諧振電路原理圖零電壓開關準諧振電路原理圖SS (uC r)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖圖8-9 零電壓開關準諧振電路的理想化波形零電壓開關準諧振電路的理想化波形 圖圖8-11 零電壓開關準諧振零電壓開關準諧振電路在電路在t1t2時段等效電路時段等效電路t1t2時段：時段：t1時刻時刻VD導通，導通，L通過通過VD續(xù)續(xù)流，流，Cr、Lr、Ui形成諧振回路形成諧振回路，如圖，如圖

18、8-11所示；諧振過程中，所示；諧振過程中，Lr對對Cr充電，充電，uCr不不斷上升，斷上升，iLr不斷下降，直到不斷下降，直到t2時刻，時刻，iLr下下降到零，降到零，uCr達到達到諧振峰值諧振峰值。t2t3時段：時段：t2時刻后，時刻后，Cr向向Lr放電，放電，iLr改變方向，改變方向，uCr不斷下降，直到不斷下降，直到t3時刻，時刻，uCr=Ui，這時，這時，uLr=0，iLr達到達到反向諧振峰反向諧振峰值值。t3t4時段：時段：t3時刻以后，時刻以后，Lr向向Cr反向充反向充電，電，uCr繼續(xù)下降，直到繼續(xù)下降，直到t4時刻時刻uCr=0。16/298.3.1 零電壓開關準諧振電路零電

19、壓開關準諧振電路圖圖8-8 零電壓開關準諧振電路原理圖零電壓開關準諧振電路原理圖SS (uC r)iSiLruVDt0t1t2t3t4t6t0tttttt5OOOOOu圖圖8-9 零電壓開關準諧振電路的理想化波形零電壓開關準諧振電路的理想化波形 t1到到t4時段電路諧振過程的方程為時段電路諧振過程的方程為 ,dddd41rirrrrirrr11tttIiUuituCUutiLLttLttCLCCL(8-2)t4t5時段：時段：uCr被箝位于零，被箝位于零，uLr=Ui，iLr線性衰減，直到線性衰減，直到t5時刻，時刻，iLr=0。由于。由于這一時段這一時段S兩端電壓為零兩端電壓為零，所以必須在

20、，所以必須在這一時段使開關這一時段使開關S開通，才不會產生開通，才不會產生開開通損耗通損耗。 t5t6時段：時段：S為通態(tài)，為通態(tài)，iLr線性上升，直線性上升，直到到t6時刻，時刻，iLr=IL，VD關斷。關斷。t4到到t6時段電流時段電流iLr的變化率為的變化率為 rirddLUtiLt6t0時段：時段：S為通態(tài)，為通態(tài)，VD為斷態(tài)。為斷態(tài)。 (8-3)17/298.3.1 零電壓開關準諧振電路零電壓開關準諧振電路諧振過程是軟開關電路工作過程中最重要的部分，諧振過程中的基本數量諧振過程是軟開關電路工作過程中最重要的部分，諧振過程中的基本數量關系為關系為 uCr（即開關（即開關S的電壓的電壓u

21、S）的表達式）的表達式 ,1,)(sin)(41rrri1rrrrtttCLUttICLtuLC t1,t4上的最大值即上的最大值即uCr的諧振峰值的諧振峰值，就是開關，就是開關S承受的峰值電壓承受的峰值電壓，表達式，表達式為為 irrpUICLUL零電壓開關準諧振電路實現(xiàn)軟開關的條件零電壓開關準諧振電路實現(xiàn)軟開關的條件 irrUICLL如果正弦項的幅值小于如果正弦項的幅值小于Ui，uCr就不可能諧振到零，就不可能諧振到零，S也就不可能實現(xiàn)零也就不可能實現(xiàn)零電壓開通。電壓開通。 零電壓開關準諧振電路的缺點：諧振電壓峰值將高于輸入電壓零電壓開關準諧振電路的缺點：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的的

22、2倍倍，開，開關關S的耐壓必須相應提高，這增加了電路的成本，降低了可靠性。的耐壓必須相應提高，這增加了電路的成本，降低了可靠性。 18/298.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán)圖圖8-12 諧振直流環(huán)電路原理圖諧振直流環(huán)電路原理圖圖圖8-13 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)諧振直流環(huán) 應用于交流應用于交流-直流直流-交流變換電路的交流變換電路的中間直流環(huán)節(jié)（中間直流環(huán)節(jié)（DC-Link），通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流或逆變環(huán)節(jié)工作在軟開通過在直流環(huán)節(jié)中引入諧振，使電路中的整流或逆變環(huán)節(jié)工作在軟開關的條件下。關的條件下。 圖圖8-12中，輔助開關中，輔助開關S

23、使逆變橋中所有的開關工作在零電壓開通使逆變橋中所有的開關工作在零電壓開通的條件下，實際電路中開關的條件下，實際電路中開關S可以不需要，可以不需要，S的開關動作用逆變電路中的開關動作用逆變電路中開關的直通與關斷來代替。開關的直通與關斷來代替。 電壓型逆變器的負載通常為電壓型逆變器的負載通常為感性感性，而且在諧振過程中逆變電路的，而且在諧振過程中逆變電路的開關狀態(tài)是不變的，負載電流視為常量。開關狀態(tài)是不變的，負載電流視為常量。 19/298.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán)圖圖8-13 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖圖8-14

24、諧振直流環(huán)電路的理想化波形諧振直流環(huán)電路的理想化波形工作過程工作過程 以開關以開關S關斷時刻關斷時刻為起點。為起點。 t0t1時段：時段：t0之前，之前，iLr大于大于IL，S導通，導通，t0時刻時刻S關斷，關斷，電路電路中發(fā)生諧振中發(fā)生諧振，因為，因為iLrIL，因此，因此iLr對對Cr充電，充電，uCr不斷升高，直不斷升高，直到到t1時刻，時刻，uCr=Ui。 t1t2時段：時段：t1時刻由于時刻由于uCr=Ui，ULr=0，因此諧振電流，因此諧振電流iLr達到達到峰值峰值，t1以后，以后，iLr繼續(xù)向繼續(xù)向Cr充電并不斷減小，而充電并不斷減小，而uCr進一進一步升高，直到步升高，直到t2

25、時刻時刻iLr=IL，uCr達到達到諧振峰值諧振峰值。 20/298.3.2 諧振直流環(huán)諧振直流環(huán) t2t3時段：時段：t2以后，以后，uCr向向Lr和和IL放電，放電，iLr繼續(xù)降低，到零后反向，繼續(xù)降低，到零后反向，Cr繼續(xù)向繼續(xù)向Lr放電，放電，iLr反向增加，反向增加，直到直到t3時刻時刻uCr=Ui。 t3t4時段：時段：t3時刻，時刻，uCr=Ui，iLr達到達到反向諧振峰值反向諧振峰值，然后，然后iLr開始開始衰減，衰減，uCr繼續(xù)下降，直到繼續(xù)下降，直到t4時刻，時刻，uCr=0，VDS導通，導通，uCr被箝位于被箝位于零零。 t4t0時段：時段：S導通，電流導通，電流iLr線

26、性線性上升上升，直到，直到t0時刻，時刻，S再次關斷。再次關斷。諧振直流環(huán)電路中電壓諧振直流環(huán)電路中電壓uCr的諧振的諧振峰值很高，增加了對開關器件耐峰值很高，增加了對開關器件耐壓的要求。壓的要求。圖圖8-13 諧振直流環(huán)電路的等效電路諧振直流環(huán)電路的等效電路t0t1t2t3t4t0iLruCrUinILttOO圖圖8-14 諧振直流環(huán)電路的理想化波形諧振直流環(huán)電路的理想化波形21/298.3.3 移相全橋型零電壓開關移相全橋型零電壓開關PWM電路電路圖圖8-15 移相全橋零電壓開關移相全橋零電壓開關PWM電路電路 移相全橋型零電壓開關移相全橋型零電壓開關PWM電路電路 電路簡單，僅僅增加了一

27、個電路簡單，僅僅增加了一個諧振電諧振電感感，就使電路中四個開關器件都在零電，就使電路中四個開關器件都在零電壓的條件下開通。壓的條件下開通。 控制方式的特點控制方式的特點 在一個開關周期在一個開關周期TS內，每一個開內，每一個開關導通的時間都關導通的時間都略小于略小于TS/2，而關斷的，而關斷的時間都時間都略大于略大于TS/2。 同一個半橋中上下兩個開關不同同一個半橋中上下兩個開關不同時處于通態(tài)，每一個開關關斷到另一個時處于通態(tài)，每一個開關關斷到另一個開關開通都要經過一定的開關開通都要經過一定的死區(qū)時間死區(qū)時間。 互為對角的兩對開關互為對角的兩對開關S1-S4和和S2-S3，S1的波形比的波形比

28、S4超前超前0TS/2時間，而時間，而S2的波的波形比形比S3超前超前0TS/2時間，因此稱時間，因此稱S1和和S2為為超前的橋臂超前的橋臂，而稱，而稱S3和和S4為為滯后的橋臂滯后的橋臂。22/298.3.3 移相全橋型零電壓開關移相全橋型零電壓開關PWM電路電路S1S3S4S2uA BuL riL ruT 1uRiV D 1iV D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOOiLriLkT:1CS1S4LrLVD1UiUo+CS2VDS2AR圖圖8-16 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形圖圖8-17 移相全橋電

29、路在移相全橋電路在t1t2階段的等效電路圖階段的等效電路圖工作過程工作過程 t0t1時段：時段：S1與與S4都導通，直都導通，直到到t1時刻時刻S1關斷。關斷。 t1t2時段：時段：t1時刻時刻S1關斷后，關斷后，C1、C2與與Lr、L構成諧振回路構成諧振回路，如，如圖圖8-17所示，諧振開始時所示，諧振開始時uA(t1)=Ui，在諧振過程中，在諧振過程中，uA不斷下降，直到不斷下降，直到uA=0，VDS2導通，導通，iLr通過通過VDS2續(xù)續(xù)流。流。 23/298.3.3 移相全橋型零電壓開關移相全橋型零電壓開關PWM電路電路S1S3S4S2uA BuL riL ruT 1uRiV D 1i

30、V D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO圖圖8-16 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形iLriLCS3S2LrLVD1UiUo+CS4VDS3VD2BR圖圖8-18 移相全橋電路在移相全橋電路在t3t4階段的等效電路階段的等效電路 t2t3時段：時段：t2時刻時刻S2開通，由于開通，由于VDS2導導通，因此通，因此S2開通時電壓為零，開通過程中開通時電壓為零，開通過程中不會產生開關損耗不會產生開關損耗，S2開通后，電路狀態(tài)開通后，電路狀態(tài)也不會改變，繼續(xù)保持到也不會改變，繼續(xù)保持到t3時刻時刻S4關斷。關

31、斷。t3t4時段：時段：t4時刻開關時刻開關S4關斷后，電路的關斷后，電路的狀態(tài)變?yōu)閳D狀態(tài)變?yōu)閳D8-18所示，這時所示，這時C3、C4與與Lr構構成諧振回路成諧振回路，諧振過程中，諧振過程中iLr不斷減小，不斷減小，B點電壓不斷上升，直到點電壓不斷上升，直到VDS3導通；這種狀導通；這種狀態(tài)維持到態(tài)維持到t4時刻時刻S3開通，開通，S3開通時開通時VDS3導導通，因此通，因此S3是在零電壓的條件下開通，開是在零電壓的條件下開通，開通損耗為零通損耗為零。 24/298.3.3 移相全橋型零電壓開關移相全橋型零電壓開關PWM電路電路S1S3S4S2uA BuL riL ruT 1uRiV D 1i

32、V D 2iLt0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t0t9t8ttttttttttttOOOOOOOOOOOO圖圖8-16 移相全橋電路的理想化波形移相全橋電路的理想化波形圖圖8-15 移相全橋零電壓開關移相全橋零電壓開關PWM電路電路 t4t5時段：時段：S3開通后，開通后，iLr繼續(xù)減小，繼續(xù)減小，下降到零后反向，再不斷增大，直下降到零后反向，再不斷增大，直到到t5時刻時刻iLr=IL/kT，iVD1下降到零而關下降到零而關斷，電流斷，電流IL全部轉移到全部轉移到VD2中。中。 t0t5時段正好是開關周期的一半，時段正好是開關周期的一半，而在另一半開關周期而在另一半開關周期t5t0時段

33、中，電時段中，電路的工作的過程與路的工作的過程與t0t5時段完全對稱。時段完全對稱。 25/298.3.4 零電壓轉換零電壓轉換PWM電路電路圖圖8-19 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路的原理圖電路的原理圖零電壓轉換零電壓轉換PWM電路電路 具有電路簡單、效率高等優(yōu)點，廣泛用于功率因數校正電路具有電路簡單、效率高等優(yōu)點，廣泛用于功率因數校正電路（PFC）、）、DC-DC變換器、斬波器等。變換器、斬波器等。 以升壓電路為例，在分析中假設以升壓電路為例，在分析中假設電感電感L、電容電容C很大，可以忽略電很大，可以忽略電流和輸出電壓的波動，在分析中還忽略元件與線路中的損耗。流和輸出電壓的

34、波動，在分析中還忽略元件與線路中的損耗。 在零電壓轉換在零電壓轉換PWM電路中，輔助開關電路中，輔助開關S1超前于主開關超前于主開關S開通，而開通，而S開通后開通后S1就關斷了，主要的諧振過程都集中在就關斷了，主要的諧振過程都集中在S開通前后。開通前后。 LSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR26/298.3.4 零電壓轉換零電壓轉換PWM電路電路SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOO圖圖8-20 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路的理想電路的理想化波形化波形 LS1LriLrUiILCrVDS圖圖 8-

35、21 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路在電路在t1t2時段的等效電路時段的等效電路LSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR圖圖8-19 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路的原理圖電路的原理圖 工作過程工作過程 t0t1時段：輔助開關先于主開關開通，由時段：輔助開關先于主開關開通，由于此時于此時VD尚處于通態(tài)，所以尚處于通態(tài)，所以uLr=Uo，iLr按線按線性迅速增長性迅速增長，iVD以同樣的速率下降以同樣的速率下降，直到，直到t1時時刻，刻，iLr=IL，iVD下降到零，二極管自然關斷。下降到零，二極管自然關斷。 t1t2時段：此時電路可以等效為圖時段：

36、此時電路可以等效為圖8-21，Lr與與Cr構成諧振回路構成諧振回路，由于，由于L很大，諧振過程很大，諧振過程中其電流基本不變，對諧振影響很小，可以忽中其電流基本不變，對諧振影響很小，可以忽略；諧振過程中略；諧振過程中iLr增加而增加而uCr下降，下降，t2時刻時刻uCr降降到零，到零，VDS導通，導通，uCr被箝位于零，而被箝位于零，而iLr保持不保持不變。變。27/298.3.4 零電壓轉換零電壓轉換PWM電路電路SS1uSiLriS1uS1iDiSILt0t1t2t3t4t5ttttttttOOOOOOOOLSCrS1LrVD1VDCUi+UoILiLriVDVDSR圖圖8-19 升壓型零電壓轉換升壓型零電壓轉換PWM電路的原理圖電路的原理圖