電力電子陳堅第8章專題培訓(xùn)課件

1、電力電子陳堅第8章8 諧振開關(guān)型變換器8.1 硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本特性8.2 諧振開關(guān)型變換器的類型8.3 諧振開關(guān)型零電壓開通（ZVS）變換器8.4 諧振開關(guān)型零電流關(guān)斷（ZCS）變換器8.5 直流環(huán)節(jié)并聯(lián)諧振型逆變器PRDCLI小結(jié)8.1 硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本特性硬開關(guān)過程 開通（ AB C ） ：在vT =VD下iT從0Io，然后在iT=Io下vT從VD0 ，Pon=vTiT大。 關(guān)斷（ CB A ）：在iT=Io下vT從0VD，然后在vT =VD下iT從Io0，Poff= vTiT大。圖8.1(a) 硬開關(guān)電路開關(guān)軌跡8.1 硬開關(guān)、LC緩沖

2、軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本特性有LC緩沖器的軟開關(guān)過程 開通（ AQEC）：LS使工作點從AQ，在vTVQVD下iT從0Io，然后從EC，Pon Pon。 關(guān)斷（CAPA）：iT從Io0期間vT從0VD，然后在iT=0下從APA，Poff顯著減小。開關(guān)軌跡圖8.1(b) 有LC復(fù)合緩沖的軟開關(guān)電路8.1 硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本特性開關(guān)頻率增加可提高變換器的功率密度，但硬開關(guān)變換器的開關(guān)損耗會成比例升高。LC緩沖器能降低開關(guān)器件的功耗，但其自身功耗使整個變換器的效率不一定能提高。零開關(guān)技術(shù)可消除開通關(guān)斷損耗，是電力電子變換器高頻化最理想的技術(shù)。8.1 硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和

3、LC諧振零開關(guān)基本特性 LC諧振實現(xiàn)開關(guān)器件零電壓開通和零電流關(guān)斷 t1時引發(fā)Lr、Cr諧振，t2時vT 諧振至零，在t3時驅(qū)動T實現(xiàn)零電壓開通。 t6時引發(fā)Lr、Cr諧振， t7時iT諧振至零，在t8時切除驅(qū)動信號實現(xiàn)零電流關(guān)斷。開關(guān)軌跡圖 8.2 零電壓開通、零電流關(guān)斷時vT、iT、rT零電壓開通諧振變換器和零電流關(guān)斷諧振變換器。脈沖寬度調(diào)制PWM諧振變換器和脈沖頻率調(diào)制PFM諧振變換器。零開關(guān)諧振變換器和零轉(zhuǎn)換諧振變換器。零開關(guān)諧振變換器零轉(zhuǎn)換諧振變換器LC諧振環(huán)節(jié)中有輔助開關(guān)管或無輔助開關(guān)管。8.2 諧振開關(guān)型變換器的類型8.3 諧振開關(guān)型零電壓開通（ZVS）變換器8.3.1 零電壓開

4、通脈沖寬度調(diào)制（ZVS PWM）變換器工作原理8.3.2 零電壓開通脈沖頻率調(diào)制（ZVS PFM）變換器工作原理8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理 工作原理關(guān)斷T2后引發(fā)LrCr諧振，使主開關(guān)管T1的電壓vT=0。再對T1施加驅(qū)動信號實現(xiàn)T1的零電壓開通。圖 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM變換器電路圖圖8.1(a) 硬開關(guān)電路主電路組成變換器一個周期有五種開關(guān)狀態(tài)。開關(guān)狀態(tài)1:T1關(guān)斷， Cr充電開關(guān)狀態(tài)2:D0，D2續(xù)流開關(guān)狀態(tài)3:T2關(guān)斷，Cr、Lr諧振開關(guān)狀態(tài)4:T1零電壓開通開關(guān)狀態(tài)5:T2零電壓開通圖 8.4（a）Buck DC/DC

5、ZVS PWM變換器電路圖8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)1：t0tt1tto時T1、T2通態(tài)，D0截止；t=t0時關(guān)斷T1，iT1下降，VT1從0上升，因Cr，T1軟關(guān)斷；tt1時VT1上升到VD，D0正偏導(dǎo)電，T1關(guān)斷過程結(jié)束。8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)2：t1tt2T1斷態(tài)，VcrVT1VD。iL經(jīng)D2、T2續(xù)流，Io經(jīng)D0續(xù)流。Toff=t2-t1可控，用以調(diào)控輸出電壓。8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)3：t2tt3t=t2時，關(guān)斷T2， Lr 、 Cr諧振半個

6、周期到t3， t=t3時 VcrVT1VD，iL達到負最大值。8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)4：t3tt8如IoZrVD, 則當(dāng)VT10時, iT1仍為負值。此后負值iL經(jīng)D1向VD回送電流，直到t=t6。在t4t6期間，VT10。若在t5驅(qū)動T1，則為零電壓開通。8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)4（續(xù)）：t3tt8tt6時，iL0， VcrVT10，T2早已關(guān)斷，此后VD經(jīng)T1、Lr建立iT1。t=t8時，iT1Io，D0截止，完成T1開通過程。8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理開

7、關(guān)狀態(tài)5：t8tt10tt9時，開通T2，此時iL=I0不變T1已是通態(tài)， vLvT20，T2是零電壓開通。t=t10時，關(guān)斷T1（相當(dāng)于t0時軟關(guān)斷T1）完成一個開關(guān)周期Ts。8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理在fs1/Ts固定時，控制T2的關(guān)斷時刻t2，即可改變Toff，從而改變占空比，調(diào)控輸出電壓。零電壓開通脈沖寬度調(diào)制（ZVS PWM）變換器，可實現(xiàn)主開關(guān)T1和輔助開關(guān)T2零電壓開通和軟關(guān)斷。T1零電壓開通條件：(8-11)最小負載電流需滿足：VT1、vcr最高電壓：(8-13)開通期盡量縮短

8、取：由（8-11）和（8-13）可確定Lr、Cr：8.3.1 零電壓開通脈沖寬度調(diào)制(ZVSPWM)變換器工作原理圖 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM變換器電路圖工作原理T1通態(tài)時D0截止，vT1vcr0，切除+VG，T1關(guān)斷iT1從Io0，并聯(lián)電容Cr使vTvcr從0逐漸上升，T1軟關(guān)斷。vTvcrVD后D0導(dǎo)通，Lr、Cr立即諧振，所以電路8.5無開關(guān)狀態(tài)2。圖 8.5 零電壓開通ZVS PFM變換器圖8.4（a）中，T2導(dǎo)通使iL經(jīng)D2、T2續(xù)流，不能形成Lr、Cr諧振回路，直到在tt2時刻關(guān)斷T2時，才能形成諧振。主電路組成8.3.2 零電壓開通脈沖頻率調(diào)制(ZVSPF

9、M)變換器工作原理無T2：不能控制Lr、Cr諧振起始時刻開關(guān)狀態(tài)2，無Toff時區(qū)2。缺點：只有調(diào)頻fs，才能調(diào)壓。圖 8.5 零電壓開通ZVS PFM變換器圖 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM變換器電路圖8.3.2 零電壓開通脈沖頻率調(diào)制(ZVSPFM)變換器工作原理8.3.2 零電壓開通脈沖頻率調(diào)制(ZVSPFM)變換器工作原理本節(jié)小結(jié)：ZVS PWM：有輔助開關(guān)管T2及Lr、Cr，可實現(xiàn)主開關(guān)T1及輔助開關(guān)T2零電壓開通及軟關(guān)斷，可采用PWM調(diào)壓；ZVS PFM：無輔助開關(guān)T2，僅有Lr、Cr，靠主開關(guān)關(guān)斷引起Lr、Cr諧振造成主開關(guān)管的零電壓開通，只能PFM調(diào)壓。圖 8

10、.5 零電壓開通ZVS PFM變換器圖 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM變換器電路圖8.3.2 零電壓開通脈沖頻率調(diào)制(ZVSPFM)變換器工作原理共同點：實現(xiàn)零電壓開通的條件都是：主開關(guān)管及電容最高電壓都是：8.4 諧振開關(guān)型零電流關(guān)斷（ZCS）變換器8.4.1 零電流關(guān)斷脈沖寬度調(diào)制（ZCSPWM）變換器工作原理8.4.2 零電流關(guān)斷脈沖頻率調(diào)制（ZCSPFM）變換器工作原理8.4.1 零電流關(guān)斷脈沖寬度調(diào)制(ZCSPWM)變換器工作原理 5種開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1：電感充磁開關(guān)狀態(tài)2：諧振階段開關(guān)狀態(tài)3：VD向負載供電開關(guān)狀態(tài)4：諧振階段開關(guān)狀態(tài)5：T1斷態(tài)，Do續(xù)流主電路組

11、成圖 8.6 (a) ZCS PWM Buck DC/DC 變換器 開關(guān)狀態(tài)1：t0tt1t0時加VG1，T1軟開通(因為有Lr)，iT1 iD0，tt1時D0截止。8.4.1 零電流關(guān)斷脈沖寬度調(diào)制(ZCSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)2：t1tt2VD、T1、Lr、D2、Cr諧振半周至t2，iT1=iL=Io，icr0，vcr2VD8.4.1 零電流關(guān)斷脈沖寬度調(diào)制(ZCSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)3：t2tt3T2處于斷態(tài)，Cr不能放電，電源VD經(jīng)T1對負載放電。8.4.1 零電流關(guān)斷脈沖寬度調(diào)制(ZCSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)4：t3tIo則iL變負經(jīng)D1返回電源，T1斷流。

12、在t4-t6期間撤除VG1使T1零電流關(guān)斷。8.4.1 零電流關(guān)斷脈沖寬度調(diào)制(ZCSPWM)變換器工作原理開關(guān)狀態(tài)5：t8t0，VD輸出功率輸出電壓Vo，而此時間只與Lr、Cr有關(guān)而不能被調(diào)控，故只有調(diào)頻fs才能調(diào)壓。圖 8.7 零電流關(guān)斷PWM變換器圖 8.6 (a) ZCS PWM Buck DC/DC 變換器 8.4 小結(jié)本節(jié)小結(jié)：ZCS PWM：有輔助開關(guān)管T2，可采用PWM調(diào)壓。ZCS PFM：無輔助開關(guān)T2，靠主開關(guān)開通引起Lr、Cr諧振造成主開關(guān)管的零電流關(guān)斷條件，只能PFM調(diào)壓。實現(xiàn)零電流關(guān)斷的條件都是：圖 8.7 零電流關(guān)斷PWM變換器圖 8.6 (a) ZCS PWM B

13、uck DC/DC 變換器 8.5 直流環(huán)節(jié)并聯(lián)諧振型逆變器PRDCLI8.5.1 工作原理8.5.2 參數(shù)計算8.5.3 直流環(huán)節(jié)并聯(lián)諧振型逆變器PRDCLI的控制策略8.5.1 工作原理開通、關(guān)斷T0、Ta、Tb形成LC諧振，使vPN降為零，實現(xiàn)T1-T6的零電壓開通和零電壓、零電流關(guān)斷。諧振電感L不參加主開關(guān)電路的能量轉(zhuǎn)換，僅在主開關(guān)開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時諧振工作。該變換器又被稱為零電壓轉(zhuǎn)換ZVT和零電流轉(zhuǎn)換ZCT諧振變換器。8.5.1 工作原理（續(xù)1）為簡化分析，可假設(shè)：諧振電感L遠小于負載電感，在一個諧振周期中，從直流母線側(cè)來看負載電流為恒流源I0。 主開關(guān)管兩端并聯(lián)電容在直流母線上等效為一

14、個電容C。一個完整的諧振開關(guān)過程中有6個工作狀態(tài)。8.5.1 工作原理（續(xù)2）開關(guān)狀態(tài)1：t0tt1To通態(tài)，Ta、Tb斷開，諧振電路不工作，VD通過To對逆變器供電，vC=VD8.5.1 工作原理（續(xù)3）開關(guān)狀態(tài)2：t1tt2t1時Ta、Tb被施加驅(qū)動信號而軟開通（有L），iL從0IT。t2時關(guān)斷T0，由于vCVD，T0零電壓關(guān)斷。8.5.1 工作原理（續(xù)4）開關(guān)狀態(tài)3：t2t0時，iL繼續(xù)增大，直到t=t3 vc=0時，iL達到IM8.5.1 工作原理（續(xù)5）開關(guān)狀態(tài)4：t3tt4t3時刻后vc0，Io經(jīng)D續(xù)流。iL經(jīng)Ta、Da、Tb 、Db續(xù)流，到t4時關(guān)斷Ta、Tb；在t3-t4期間改

15、變T1-T6開關(guān)狀態(tài)可實現(xiàn)零電壓關(guān)斷、開通。8.5.1 工作原理（續(xù)6）開關(guān)狀態(tài)5：t4tt5T4時刻關(guān)斷Ta、Tb(零電壓關(guān)斷)后，iL供電給電容C和負載供電流Iox。為確保t5時刻vc達到VD，iL則需滿足：8.5.1 工作原理（續(xù)7）開關(guān)狀態(tài)6：t5tIox，iL產(chǎn)生is經(jīng)D0流回電源VD，在此期間的t6加VG0可使T0零電壓開通。t8時刻IL減小到零，Da、Db截止，負載Iox完全由T0供給。需在線計算：電感預(yù)充電流終值IT 換相后的直流負載電流IoxIT需足夠大以確保在C充電后電壓升到VD的t5時刻iL=I5Iox，使D0導(dǎo)通實現(xiàn)T0零電壓開通，由此推出：8.5.2 在線計算8.5.

16、2 在線計算（續(xù)1）諧振周期很短，直流負載電流Iox可預(yù)測為：逆變器開關(guān)狀態(tài)組合處于通態(tài)的開關(guān)器件逆變器輸入電流IOX1 (Sa Sb Sc)=(000)T6 T4 T2io=ia+ib+ic=02 (Sa Sb Sc)=(100)T6 T1 T2io=ia3 (Sa Sb Sc)=(110) T1 T2 T3io=ia+ib=-ic4 (Sa Sb Sc)=(010)T2 T3 T4io=ib5 (Sa Sb Sc)=(011)T3 T4 T5io=ib+ic=-ia6 (Sa Sb Sc)=(001)T4 T5 T6io=ic7 (Sa Sb Sc)=(101)T5 T6 T1io=ia+

17、ic=-ib8 (Sa Sb Sc)=(111)T5 T3 T1io=ia+ib+ic=08.5.2 在線計算（續(xù)2）主開關(guān)器件的控制與To、Ta、Tb開通關(guān)斷時間配合：若T1-T6需在t3點換相，則應(yīng)提前t1+t2 ,即t1時刻開通Ta、Tb，在t2時刻關(guān)斷T0，使t=t3時vc0，使T1-T6零電壓開關(guān)。t1及t1+t2計算：8.5.3 直流環(huán)節(jié)并聯(lián)諧振型逆變器PRDCLI的控制策略兩個控制電路：PWM逆變控器制電路和諧振電路的控制電路。PWM逆變控制器電路與常規(guī)的PWM控制電路類似。同時需附加一個時序控制電路，做好諧振電路與To、Ta、Tb 與主開關(guān)T1-T6的開通關(guān)斷時間配合。小結(jié)零開

18、關(guān)、軟開關(guān)是電力電子變換高頻化最重要的技術(shù)措施。引入Lr、Cr和輔助開關(guān)管T2，對T2進行通斷控制可以實現(xiàn)零電壓開通ZVS PWM，零電流關(guān)斷ZCS PWM以及零電壓轉(zhuǎn)換ZVT PWM和零電流轉(zhuǎn)換ZCS PWM控制。ZVS和ZCS變換器中Lr串聯(lián)在主電路中，ZVS PWM變換器諧振電壓峰值超過2倍電源電壓，ZCS PWM變換器諧振電流超過兩倍負載電流。ZCT PWM、ZVT PWM變換器中Lr與變換器主開關(guān)并聯(lián)， Lr不在變換器主通道上，開關(guān)器件所承受電壓不超過VD。僅引入Lr、Cr靠主開關(guān)的開通或關(guān)斷引發(fā)諧振來實現(xiàn)零電流關(guān)斷或零電壓開通，只能采用脈沖頻率調(diào)制PFM調(diào)控輸出電壓。該變換器又被稱

19、為準(zhǔn)諧振變換器，如零電壓開通準(zhǔn)諧振ZVS QRC和零電流關(guān)斷準(zhǔn)諧振ZCS QRC變換器。小結(jié)（續(xù)）準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器準(zhǔn)諧振電路準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波，因此稱之為準(zhǔn)諧振。為最早出現(xiàn)的軟開關(guān)電路特點：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電流有效值很大，電路中存在大量無功功率的交換，電路導(dǎo)通損耗加大；諧振周期隨輸入電壓、負載變化而改變，因此電路只能采用脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency ModulationPFM）方式來控制2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器

20、2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器零電壓準(zhǔn)諧振開關(guān)零電流準(zhǔn)諧振開關(guān)零電壓多諧振開關(guān)1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 將Boost變換器中的開關(guān)用準(zhǔn)諧振零電壓開關(guān)代替就構(gòu)成了Boost型零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器(ZVSQRC)，其簡化電路如下圖所示。 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作

21、過程分析2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器t0之前：開關(guān)S為通態(tài)，二極管VD為斷態(tài)，uCr=0，iLr=IL1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器t0t1時段： t0時刻S關(guān)斷，S關(guān)斷后，VD尚未導(dǎo)通。電感Lr+L向Cr充電， uCr線性上升，同時VD兩端電壓uVD逐漸下降，直到t1時刻，uVD=0。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧

22、振變換器 工作過程分析2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器t1t2時段：t1時刻二極管VD導(dǎo)通，電感L通過VD續(xù)流，Cr、Lr、Ui形成諧振回路。t2時刻，iLr下降到零，uCr達到諧振峰值。t2t3時段：t2時刻后，Cr向Lr放電，直到t3時刻，uCr=Ui，iLr達到反向諧振峰值。t3t4時段：t3時刻以后，Lr向Cr反向充電，uCr繼續(xù)下降，直到t4時刻uCr=0。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器t1到t4時段電路諧振過程的方程為：

23、1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器t4t5時段：VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零，iLr線性衰減，直到t5時刻，iLr=0。由于這一時段S兩端電壓為零，在這一時段使開關(guān)S開通，不產(chǎn)生開通損耗。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 諧振過程定量分析2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器諧振過程uCr的諧振峰值（即開關(guān)S承受的峰值電壓）

24、零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路實現(xiàn)軟開關(guān)的條件：缺點：諧振電壓峰值將高于輸入電壓Ui的2倍，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 諧振直流環(huán)節(jié)2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器逆變器的諧振直流環(huán)節(jié)也是屬于零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器，其電路拓撲和工作波形如下圖所示 。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 諧振直流環(huán)節(jié)2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器諧振階段，t

25、0t1時段： t0時刻之前，開關(guān)S處于通態(tài)，iLrIL，。t0時刻VTS關(guān)斷，電路中發(fā)生諧振。iLr對Cr充電，t1時刻，uCr=Ui。諧振階段，t1t2時段：t1時刻，諧振電流iLr達到峰值。t1時刻以后，iLr繼續(xù)向Cr充電，直到t2時刻iLr=IL，uCr達到諧振峰值。諧振階段，t2t3時段： uCr向Lr和L放電，iLr降低，到零后反向，直到t3時刻uCr=Ui。諧振階段，t3t4時段： t3時刻，iLr達到反向諧振峰值，開始衰減，uCr繼續(xù)下降， t4時刻，uCr=0，VTS的反并聯(lián)二極管VDS導(dǎo)通，uCr被箝位于零。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類

26、2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 諧振直流環(huán)節(jié)2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器電感充電階段，t4t0時段：負載電流一部分經(jīng)VDS續(xù)流，iLr線性上升，VTS兩端電壓被箝位在零，在這段時間內(nèi)開通VTS，VTS零電壓開通，電流iLr繼續(xù)線性上升，t5時刻，iLr = Io，直到t0時刻，VTS再次關(guān)斷。電感充電階段，t4t0時段：t4t0階段，直流母線電壓被箝位成零，若這時逆變橋內(nèi)開關(guān)管換相，則也是零電壓開通或關(guān)斷。 缺點：電壓諧振峰值很高，增加了對開關(guān)器件耐壓的要求。1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟

27、開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 電路構(gòu)成 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 將Buck變換器中開關(guān)用準(zhǔn)諧振零電流開關(guān)代替就構(gòu)成了Buck型零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器。 開關(guān)周期分為4個階段，假定在開關(guān)VTS導(dǎo)通以前，負載電流經(jīng)二極管VD續(xù)流，電容Cr上電壓箝位到零。 1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 第1階段：t0 t1，電感充電階段1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及

28、分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 第2階段：t1 t4，諧振階段 1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 第3階段：t4 t6，電容放電階段 1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 工作過程分析 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振

29、變換器 第4階段：t6 t0，續(xù)流階段 1、概述 1.1 功率電路的開關(guān)過程 1.2 軟開關(guān)的特征及分類 2、準(zhǔn)諧振軟開關(guān)變換器 2.1 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 2.2 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器零轉(zhuǎn)換變換器的優(yōu)點：輔助電路只是在開關(guān)管開關(guān)時工作，其他時候不工作，同時，輔助電路不是串聯(lián)在主功率回路中，而是與主功率回路相并聯(lián)，從而減小了輔助電路的損耗，使得電路效率有了進一步提高；輔助電路的工作不會增加主開關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力，主開關(guān)管的電壓和電流應(yīng)力很小，與常規(guī)的PWM變換器電壓和電流應(yīng)力一樣；由于輔助諧振電路與主開關(guān)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

30、小，電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)并從零負載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。這是它零開關(guān)PWM變換器的根本區(qū)別，這也使得軟開關(guān)技術(shù)在中大功率變換器中的應(yīng)用成為可能。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器Boost型零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器工作過程分析Boost型零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器如下圖所示。3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器一個開關(guān)周期內(nèi)存在8個不同的工作階段，其主要工作波形如下圖所示。 3、

31、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第1階段，t0 t1: t0以前，主開關(guān)VTS和輔助開關(guān)VTS1斷態(tài)，二極管VD導(dǎo)通。t0時刻，VTS1導(dǎo)通，電感Lr中電流線性上升，VD中的電流線性減小，t1時刻iLr達到Ii，VD中的電流下降到零，VD零電流關(guān)斷，第1階段結(jié)束。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第2階段：t1 t2： t1時刻，iLr達到Ii， VD中的電流下降到零，VD關(guān)斷，Lr、

32、Cr開始諧振，Cr中的能量開始向Lr轉(zhuǎn)移，iLr繼續(xù)增大，uCr開始下降，t2時刻， iLr達到峰值，uCr下降到零，第2階段結(jié)束。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第3階段：t2 t3： t2時刻，iLr達到峰值，uCr下降到零，隨后VDS導(dǎo)通給iLr續(xù)流并維持峰值，uCr維持零，直到t3時刻VTS1關(guān)斷，第3階段結(jié)束 。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第4階段：t3t4：t3

33、時刻，VTS1關(guān)斷，VD1導(dǎo)通，iLr和VDS中的電流開始下降，t4時刻，VDS中的電流下降到零，第4階段結(jié)束。在t2t4時間段內(nèi)，VTS的反并聯(lián)二極管VDS在導(dǎo)通，這時開通VTS，VTS零電壓導(dǎo)通 。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第5階段：t4t5： t4時刻，VDS中的電流下降到零，隨后VTS開始導(dǎo)通，iVTs增大，iLr減小，t5時刻，iVTs等于Ii，iLr下降到零，第5階段結(jié)束。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB

34、PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第6階段：t5t6：t5時刻，iLr下降到零，iVTs上升到Ii，隨后VTS為輸入電流提供續(xù)流回路。該狀態(tài)維持到t6時刻，VTS關(guān)斷，第6階段結(jié)束 。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第7階段：t6t7：t6時刻，VTS在諧振電容的作用下軟關(guān)斷，隨后諧振電容兩端電壓uCr即VTS兩端電壓線性上升，t7時刻，uCr上升至Uo，隨后VD導(dǎo)通，第7階段結(jié)束。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 F

35、B PWM軟開關(guān)變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器第8階段：t7t8：t7時刻，VD導(dǎo)通，uCr電壓被箝在Uo，直到t8時刻，VTS1導(dǎo)通，進入下一個工作周期。 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 FB PWM軟開關(guān)變換器的引入在前面已經(jīng)介紹過移相控制的單相全橋逆變電路，電路與工作波形如下圖所示。3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 很顯然，可以通過調(diào)節(jié)左橋臂（VT1、VT2）和右橋臂（VT4、VT3）控制信

36、號的相位關(guān)系從而可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 FB PWM軟開關(guān)變換器的引入3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 只要負載電流足夠大，四只開關(guān)管均可實現(xiàn)零電壓開通 。AB兩點間的電壓uo為交流方波電壓，若AB間接一個變壓器，則變壓器輸出仍為交流方波電壓，該電壓再經(jīng)過整流濾波即可得到直流電壓，這就是移相全橋PWM DC/DC變換器。 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 FB PWM軟開關(guān)變換器的工作原理在一般的全橋式DC/DC變換器中，VT1和VT4的控制信號是同相位的，VT2和VT3的控制信

37、號是同相位的，在FB PWM軟開關(guān)變換器中VT1、VT2分別超前VT4、VT3一個相位角j，所以VT1、VT2構(gòu)成的橋臂稱超前橋臂，VT4、VT3構(gòu)成的橋臂稱滯后橋臂。3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 FB PWM軟開關(guān)變換器的工作原理3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 假設(shè)：1) 所有開關(guān)管、二極管均為理想器件2) 所有電感、電容和變壓器均為理想元件3) C1=C2=C3=C4=C4) LLr/n2，n

38、為變壓器原副邊匝比。 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 在一個開關(guān)周期中，移相控制ZVSPWM DC/DC全橋變換器有12個工作階段，下圖給出該變換器的工作波形 3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 FB PWM軟開關(guān)變換器的工作原理3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 第1階段：t0 t1階段，超前臂諧振階段FB PWM軟開關(guān)變換器的工作原理t0之前，VT1、VT4導(dǎo)通，uAB為+Ui，t0時刻，VT1關(guān)斷，

39、這時Lr與n2L串聯(lián)和C1、C2開始諧振，諧振過程C1兩端電壓線性增大，C2兩端電壓線性減小，直到t1時刻，C1兩端電壓增大到Ui，C2兩端電壓減小到零，VD2導(dǎo)通，諧振過程結(jié)束，第1階段結(jié)束。3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 FB PWM軟開關(guān)變換器的工作原理第2階段：t1t3階段，續(xù)流階段 t1時刻，VD2導(dǎo)通，將VT2兩端電壓箝位成零電壓，t2時刻開通VT2，則VT2零電壓開通，這時由負載電流（恒流）折算到變壓器原邊的電流ip經(jīng)VT4、VD2續(xù)流，uAB為零，變壓器副邊電流路

40、徑不變，直到t3時刻，VT4關(guān)斷，第2階段結(jié)束。 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 第3階段：t3 t4階段，滯后臂諧振階段FB PWM軟開關(guān)變換器的工作原理3、PWM軟開關(guān)變換器 3.1 零開關(guān)PWM變換器 3.2 零轉(zhuǎn)換PWM變換器 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 t3時刻，VT4關(guān)斷，這時Lr和C3、C4開始諧振，諧振過程C4兩端電壓增大，C3兩端電壓減小，AB兩點電壓開始變負，副邊VD5、VD6開始換相，變壓器副邊相當(dāng)于短路，L不參與諧振。直到t4時刻，C4兩端電壓增大到Ui，C3兩端電壓減小到零，VD3導(dǎo)通，第3階段結(jié)束。 3.3 FB PWM軟開關(guān)變換器 第4階段：t4 t6階段，能量回饋階