功率諧振變換器

1、功率諧振變換器 及發(fā)展(fzhn)方向電氣(dinq)B114班劉曉波共二十一頁功率諧振變換器是一種基于軟開關(guān)技術(shù)的電力電子變換(binhun)裝置共二十一頁自80 年代以來 ,隨著高頻開關(guān)器件的誕生 , 電力電子裝置逐漸向高頻化、集成化和模塊化方向發(fā)展。事實(shí)證明,提高開關(guān)頻率能夠減小裝置的體積 ,提高設(shè)備的功率密度和可靠性 , 并且降低開關(guān)噪聲。在傳統(tǒng)的PWM 變換器中, 由于開關(guān)管的硬 開關(guān)特性 ,開關(guān)損耗隨著頻率的提高而急劇增大。 諧振變換器的提出,能夠有效地減小開關(guān)損耗 ,使開關(guān)頻率得以進(jìn)一步提高。此外,平滑變化的波形和較小的電壓電流變化率也有利于改善系統(tǒng)的電磁兼容性。目前 ,功率諧振

2、變換器已在高頻功率變換領(lǐng)域得到廣泛(gungfn)的重視和研究。 共二十一頁功率諧振(xizhn)變換器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 功率(gngl)諧振變換器的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。交流方波電壓或電流加在諧振網(wǎng)絡(luò)兩端 ,產(chǎn)生高頻諧振 ,諧振電壓或電流經(jīng)過整流和濾波后 ,轉(zhuǎn)變成直流電壓或電流 ,從而實(shí)現(xiàn)直流-直流變換（ DC-DC）若省卻整流濾波環(huán)節(jié) ,將諧振電壓或電流直接輸出到負(fù)載 ,則實(shí)現(xiàn)直流-交流變換（ DC-AC） 相應(yīng)的變換裝置稱為諧振逆變器共二十一頁交流(jioli)輸入源 諧振變換器中的交流方波輸入源通常由直流電 源經(jīng)過開關(guān)逆變器逆變后得到,所需直流電源既可 從交流市電經(jīng)整流濾波后獲得 ,也可由蓄電

3、池等恒 定電源直接供電。交流輸入源按性質(zhì)分為電壓源型 和電流源型兩種 ，按極性又可分為半波輸入和全波 輸入。對于電壓源型變換器 ,其輸入電壓穩(wěn)定性高, 動態(tài)響應(yīng)(xingyng)速度快 ,且易于實(shí)現(xiàn)。然而 ,當(dāng)上下橋臂直 通短路時,電流的變化率和峰值都較大 ,保護(hù)困難。 與之相比,電流源型變換器的輸入電流紋波較小,易 實(shí)現(xiàn)短路保護(hù) ,因此更適于大電流應(yīng)用領(lǐng)域 ,但其存 在關(guān)斷電壓高和效率較低等缺陷 。 共二十一頁共二十一頁諧振(xizhn)網(wǎng)絡(luò) 作為諧振變換器的核心部分 ,諧振網(wǎng)絡(luò)通常由 多個無源電感或電容組成(z chn)。目前最常見的有串聯(lián)諧振變換器 SRC 、并聯(lián)諧振變換器 PRC 和串

4、并聯(lián)諧振變換器 SPRC 共二十一頁整流(zhngli)和濾波 當(dāng)整流橋與諧振網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)時,諧振輸出量為諧振電壓 vac ,濾波器多采用LC 低通濾波。由于濾波電感(din n)Lf 較大 ,負(fù)載電流中的高頻紋波被有效濾除，故變換器的輸出端部分可視為恒流負(fù)載。 類似地 ,當(dāng)整流橋與諧振網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)時,諧振輸出量為 諧振電流 iac 。由于諧振電感 L s 本身具有穩(wěn)流作 用 ,濾波器可以僅采用容性濾波 ,此時變換器的輸出端可視為恒壓負(fù)載 V o 共二十一頁共二十一頁ZVS 和 ZCS 特性(txng) 與 PWM 變換器相比,諧振變換器最顯著的特點(diǎn)是能夠有效地實(shí)現(xiàn)(shxin)零電壓電流開關(guān)特性（

5、ZVS| ZCS) 以半橋式諧振變換器為例 ,當(dāng)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗 Zin 為感性時, 輸入電流 iin 滯后于輸入電壓 vin 圖6 (a) 。 當(dāng)開關(guān)管 S 關(guān)斷后 ,由于電流的連續(xù)性 ,輸入電流 i過二極管D1續(xù)流 ,并在自然過零點(diǎn)關(guān)斷, 以實(shí)現(xiàn)零電流關(guān)斷 ZCS 同時,D 續(xù)流使得開關(guān)管 S的管電壓被箝在 - 07V 左右 ,若此時 S 的驅(qū)動信號到 來 ,開關(guān)管 S 將在07V 壓降下導(dǎo)通 ,從而實(shí)現(xiàn)零電壓開通 ZVS 類似地 ,當(dāng)諧振網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗 Zin 為容性時,輸入電流 iin 超前于輸入電壓 vin 圖6 (b) 共二十一頁共二十一頁控制(kngzh)方式目前 ,諧振(xi

6、zhn)變換器一般采用變頻控制 或移相控制共二十一頁發(fā)展(fzhn)方向 功率諧振變換器作為一種電能轉(zhuǎn)換裝置已經(jīng)發(fā) 展了多年 ,然而這種變換技術(shù)仍然不太成熟(chngsh)。復(fù)雜 的分析和設(shè)計(jì)過程限制了該變換器在工程實(shí)際中的 推廣和應(yīng)用。盡管如此 ,其較小的開關(guān)損耗和電磁 噪聲對于現(xiàn)代功率變換仍然具有吸引力 ,裝置的高 頻化和小型化趨勢也使得諧振變換器在高頻應(yīng)用領(lǐng) 域 （ 50kHz） 依然具有廣闊的前景 共二十一頁能否采用一種通用的模型將紛繁多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來 ,將是諧振變換(binhun)技術(shù)的下一步研究目標(biāo)。 值得注意的是 ,在某些文獻(xiàn)中已經(jīng)出現(xiàn)了較為統(tǒng)一的諧振網(wǎng)絡(luò) ,如T 型網(wǎng)絡(luò)和

7、 型網(wǎng)絡(luò)等 。這些網(wǎng)絡(luò)在一定程度上能夠簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(jigu) ,并且為人們提供新的研究方向。 共二十一頁在電路分析(fnx)上 ,常見的分析(fnx)方法有穩(wěn)態(tài)交流分析(fnx)法、小信號模 型、狀態(tài)空間及狀態(tài)平面法等等。然而 ,這些方法都具有一定的局限性 ,而且在精度和適用性方面存在明顯的差異。 因此 ,人們有必要(byo)尋求新的分析方法對諧振變換器的穩(wěn)態(tài)及動態(tài)性能進(jìn)行研究。 共二十一頁 在現(xiàn)代電力電子系統(tǒng)中, 因?yàn)楹泐l控制方法能夠 簡單有效地控制輸出電壓 ,并且(bngqi)抑制高頻諧波 ,因而 成為主要的研究方向。 此外(cwi),除了經(jīng)典的 PID 控制外,許多新的控制策略,例如模

8、糊控制、最優(yōu)軌跡控 制和滑模變結(jié)構(gòu)控制等都已運(yùn)用到諧振控制器的設(shè) 計(jì)中。 共二十一頁在實(shí)際(shj)裝置方面 ： 由于諧振變換器的開關(guān)頻率較高,目前開關(guān)管多采用MOSFETs 器件 ,因此諧振變換器較適于中小功率級別的應(yīng)用領(lǐng)域（ 從幾十瓦 到幾十千瓦） 。可以預(yù)見 ,隨著新型功率半導(dǎo)體器件 的誕生 ,諧振變換器的應(yīng)用將不斷向高頻大功率領(lǐng) 域延伸。 共二十一頁 在諧振變換器中,諧振元件主要為電感和電容等分立器件。諧振元件的集成化將是未來諧振變換(binhun) 器的發(fā)展方向之一。 近年來有關(guān)(yugun)功 率諧振模塊的研究已經(jīng)展開。 共二十一頁可以(ky)相信 ,隨著集成度的不斷提高,裝置的集成化和模塊化將極大地 拓寬諧振變換器的應(yīng)用領(lǐng)域。 共二十一頁謝謝(xi xie)！END共二十一頁內(nèi)容摘要功率(gngl)諧振變換器。事實(shí)證明,提高開關(guān)頻率能夠減小裝置的體積 ,提高設(shè)備的功率(gngl)。諧振變換器的提出,能夠有效地減小開關(guān)損耗 ,使開關(guān)頻率得以。此外,平滑變化的波形和較小的電壓電流變化率。目前 ,功率(gngl)諧振變換器已在高頻功率(gngl)變換領(lǐng)域得到廣泛的重視。按極性又可分為半波輸入和全波 輸入。通短路時,電流的變化率和峰值都較大 ,保護(hù)困難。與之相比,電流源型變換器的輸入電流紋