電力電子技術(shù)8

1、128.1硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本條件8.2軟開關(guān)的基本特性和類型8.3準(zhǔn)諧振DC/DC變換器8.4零電流關(guān)斷（ZCS）PWM DC/DC 變換器8.5零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器1 軟開關(guān)變換器38.1 硬開關(guān)、硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本條件諧振零開關(guān)基本條件硬開關(guān)過程：由于開關(guān)管不是理想器件，在開通時(shí)開關(guān)管的電壓不是立即下降到零，而是有一個下降時(shí)間，同時(shí)它的電流也不是立即上升到負(fù)載電流，也有一個上升時(shí)間。在這段時(shí)間里，電流和電壓有一個交疊區(qū)，產(chǎn)生損耗，稱之為開通損耗。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，開關(guān)管的電壓不是立即從零上升到電源電壓，而是

2、有個上升時(shí)間，同時(shí)它的電流也不是立即下降到零，也有一個下降時(shí)間。在這段時(shí)間里，電壓和電流也有一個交疊區(qū)，產(chǎn)生損耗，稱之為關(guān)斷損耗。因此在開關(guān)管工作時(shí)，要產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，統(tǒng)稱為開關(guān)損耗。開通損耗開通損耗關(guān)斷損耗關(guān)斷損耗硬開關(guān)電路硬開關(guān)電路硬開關(guān)的電壓和電流波形硬開關(guān)的電壓和電流波形4 硬開關(guān)過程 開通（ AB C ） ：首先在高壓vT =VD下，iT從0Io（AB），然后在大電流iT= Io下vT從VD0 （B C ） ，因此開通損耗Pon=vTiT大。 關(guān)斷（ C B A ）：首先在大電流iT= Io下vT從0VD （CB ），然后在高壓vT =VD下，iT從Io 0（B A ），因此

3、Poff= vTiT大。硬開關(guān)電路硬開關(guān)電路8.1 硬開關(guān)、硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本條件（續(xù)諧振零開關(guān)基本條件（續(xù)1）開關(guān)軌跡開關(guān)軌跡58.1 硬開關(guān)、硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本條件（續(xù)諧振零開關(guān)基本條件（續(xù)2） 軟開關(guān)過程 在開關(guān)管開通時(shí)，使其電流保持在零?；蛘呦拗齐娏鞯纳仙剩瑥亩鴾p小電流與電壓的交疊區(qū)，這就是所謂的零電流開通；在開關(guān)管開通前，使其電壓下降到零，這就是所謂的零電壓開通。 在開關(guān)關(guān)斷前，使其電流減小到零，這就是所謂的零電流關(guān)斷；在開關(guān)關(guān)斷以前，使其電壓保持在零，或者限制電壓上升率，從而減小電流與電壓的交疊區(qū)，這就是所謂

4、的零電壓關(guān)斷。硬開關(guān)電路硬開關(guān)電路 軟開關(guān)的電壓和電流波軟開關(guān)的電壓和電流波形形零電流開關(guān)零電流開關(guān)零電壓開關(guān)零電壓開關(guān)68.1 硬開關(guān)、硬開關(guān)、LC緩沖軟開關(guān)和緩沖軟開關(guān)和LC諧振零開關(guān)基本條件（續(xù)諧振零開關(guān)基本條件（續(xù)3） 有LC緩沖器的軟開關(guān)過程 開通（ AQEC）：首先在iT =0的情況下， vT 從VDVQ，再在VD=VQVD下從0Io，最后在iT= Io情況下vT 從VQ 0因此PonLr,這樣在一個開關(guān)周期中，輸出電壓為Vo不變，If保持為Io不變，這樣Lf和Cf以及負(fù)載電阻可以看成一個電流為Io的恒流源。p：開關(guān)狀態(tài)：在一個開關(guān)周期Ts中，變換器有五種開關(guān)狀態(tài)，每種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)

5、一個等效電路。零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCS）PWM DC/DC 變換器電路圖變換器電路圖168.4 零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCSZCS）PWM DC/DC PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)1） ptt0時(shí)，開關(guān)狀態(tài)1前的狀態(tài)，主開關(guān)T1和輔助開關(guān)T2處于斷態(tài)，諧振電容Cr電壓為零，續(xù)流二極管Do導(dǎo)通，iDo=Io。零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCS）PWM DC/DC 變換器電路圖變換器電路圖電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖17q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1：t0t0，T1被驅(qū)動被驅(qū)動iT1=iL從零上升至從零上升至Io，續(xù)流二極管，續(xù)流二極管Do的電流從的電流從Io減小減小到零，到零，t=t1

6、時(shí)，時(shí)，Do截止，由于有截止，由于有Lr，這期間這期間T1為軟開通。在為軟開通。在Do導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)vcr08.4 零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCSZCS）PWM DC/DC PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)2） 電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖(1) 開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1t0,t1電感充磁階段電感充磁階段18q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)2：t1tt2，諧振階段，諧振階段I，LrCr諧振半個周期。諧振半個周期。t=t1時(shí)，時(shí)，iL=Io，vcr=0,Do斷開，斷開，VD、T1、Lr、D2、Cr形形成諧振電路，在成諧振電路，在t1tIo，D2導(dǎo)電，導(dǎo)電，ic=iL-IO,電壓電壓VD經(jīng)經(jīng)T1、Lr、D2

7、對對Cr諧振充電，經(jīng)諧振充電，經(jīng)Tr/2(Tr為諧振周期為諧振周期)到達(dá)到達(dá)t2時(shí)時(shí)iL又減小為又減小為Io、vcr達(dá)到最大值達(dá)到最大值2VD。8.4零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)3）電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖(2) 開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)2t1,t2諧振階段諧振階段 I Lr Cr諧振半個周期諧振半個周期19q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)3：t2tt3，電源向負(fù)載供電，電源向負(fù)載供電階段。階段。t=t2開始開始iL=Io，vcr=2VD，D2（iL-Io=0）自然關(guān)斷，因）自然關(guān)斷，因T2未被驅(qū)動仍處于未被驅(qū)動仍處于斷態(tài)，斷態(tài)，vcr不能放電，電源不能放電，電源

8、VD經(jīng)經(jīng)T1、Lr對對負(fù)載供電，如果負(fù)載供電，如果Lf很大，則很大，則iT1=iL=If=Io恒定不變。恒定不變。vo=VD， vcr2VD不變。不變。8.4零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)4）（3）開關(guān)狀態(tài)）開關(guān)狀態(tài)3t2,t3電源電源VD向負(fù)載供電向負(fù)載供電階段階段vo=VD電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖20q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)4：t3tIo則則iL變負(fù)經(jīng)變負(fù)經(jīng)D1返回電源，返回電源，T1斷斷流流。在在t4-t6期間撤除期間撤除VG1使使T1零電流關(guān)斷。零電流關(guān)斷。在在t=t8時(shí)，時(shí)，vcr=0,同時(shí)續(xù)流二極管同時(shí)續(xù)流二極管Do開始開始導(dǎo)電，導(dǎo)電，i

9、Do=Io。8.4零電流關(guān)斷（零電流關(guān)斷（ZCS）PWM DC/DC 變換器（續(xù)變換器（續(xù)5）（4）開關(guān)狀態(tài)）開關(guān)狀態(tài)4t3,t8諧振階段諧振階段 Cr諧振放電，諧振放電，直到直到vcr=0，Do導(dǎo)電導(dǎo)電電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖21q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)5：t8tLr,這樣在一個開關(guān)周期中，輸出電壓為Vo不變，If保持為Io不變，這樣Lf和Cf以及負(fù)載電阻可以看成一個電流為Io的恒流源。p：開關(guān)狀態(tài)：在一個開關(guān)周期Ts中，變換器有五種開關(guān)狀態(tài)，每種開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)一個等效電路。24 工作原理:p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(shí)現(xiàn)T1的零電壓開通。

10、8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器（續(xù)變換器（續(xù)1）零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器電路圖變換器電路圖25ptt0時(shí)，開關(guān)狀態(tài)1前的狀態(tài)，主開關(guān)T1和輔助開關(guān)T2處于通態(tài)，諧振電容Cr電壓為零，續(xù)流二極管Do截止，iL=If=Io。在t=t0時(shí)撤除T1的驅(qū)動信號作為一個開關(guān)周期Ts的開始電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)2）零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器電路圖變換器電路圖26q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)1：t0tt1，t=t0時(shí)關(guān)斷時(shí)關(guān)斷T1，i

11、T1下降，下降，VT1從從0上升，因上升，因Cr，T1軟關(guān)軟關(guān)斷；斷；tt1時(shí)時(shí)VT1上升到上升到VD，D0正偏導(dǎo)電，正偏導(dǎo)電，T1關(guān)斷過程結(jié)束。在開關(guān)狀態(tài)關(guān)斷過程結(jié)束。在開關(guān)狀態(tài)1，由于，由于電容電容Cr， vT1=vCr的上升相對于的上升相對于iT1的下的下降是緩慢的，因此主開關(guān)管降是緩慢的，因此主開關(guān)管T1是軟關(guān)是軟關(guān)斷。斷。8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)3）電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖(1)t0,t1關(guān)斷關(guān)斷T1電容充電階段電容充電階段開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)127q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)2：t1tt2，T1斷態(tài)，斷態(tài)，VcrVT1VD不變。不變。

12、iL經(jīng)經(jīng)D2、T2續(xù)流，續(xù)流，Io經(jīng)經(jīng)D0續(xù)流。續(xù)流。Toff=t2-t1可控，用以調(diào)控輸出可控，用以調(diào)控輸出電壓。在電壓。在t=t2時(shí)撤除時(shí)撤除T2的驅(qū)動信號，由的驅(qū)動信號，由于于D0續(xù)流導(dǎo)通，續(xù)流導(dǎo)通，vt=VD-vcr不會突變，不會突變，故故T2為軟開關(guān)。為軟開關(guān)。8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)4）電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖(2)t1,t2 T1斷態(tài)、斷態(tài)、T2通態(tài)，通態(tài)，D2、Do續(xù)流階段續(xù)流階段開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)228q開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)3：t2tt3，t=t2時(shí)，撤除輔時(shí)，撤除輔助管助管T2的驅(qū)動信號，由于的驅(qū)動信號，由于Do仍然導(dǎo)

13、通，仍然導(dǎo)通，關(guān)斷關(guān)斷T2， Lr 、Cr諧振半個周期到諧振半個周期到t3， t=t3時(shí)時(shí) VcrVT1VD，iL達(dá)到負(fù)最大值達(dá)到負(fù)最大值-Io， Vcr經(jīng)最大值經(jīng)最大值VD+IoZr后回到后回到VD8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)5）電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖(3)t2,t3 T1斷態(tài)、斷態(tài)、T2斷態(tài)，斷態(tài)，CrLr諧振半周期諧振半周期開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)329p開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)4：t3tt8，電感電流從電感電流從-Io降降到到0再升到再升到Io，如，如IoZrVD,在在t=t4時(shí)刻，時(shí)刻，Vcr=0， tt4時(shí)刻，二極管時(shí)刻，二極管D1導(dǎo)通則

14、當(dāng)導(dǎo)通則當(dāng)VT10時(shí)時(shí), iT1仍為負(fù)值。此后負(fù)值仍為負(fù)值。此后負(fù)值iL經(jīng)經(jīng)D1向向VD回送回送電流，直到電流，直到t=t6電流變?yōu)榱?。在電流變?yōu)榱?。在t4t6期期間，間，VT10。若在。若在t5驅(qū)動驅(qū)動T1，則為零電，則為零電壓開通。壓開通。8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)6）(4)t3,t8 T1斷態(tài)、斷態(tài)、T2斷態(tài)，斷態(tài)， VT1變到變到0，電感電，電感電流從流從-Io降到降到0再升到再升到Io電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖30p開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)5：t8tt10，tt9時(shí)，開通時(shí)，開通T2，此時(shí)此時(shí)iL=I0不變不變T1已是通態(tài)，已是通態(tài)， vLvT20，T2是零電壓開通。是零電壓開通。 t=t10時(shí)，關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷T1，T1為軟關(guān)斷，完成一個開關(guān)周期為軟關(guān)斷，完成一個開關(guān)周期Ts。8.5零電壓開通（零電壓開通（ZVS）PWM DC/DC 變換器變換器（續(xù)（續(xù)7）電壓、電流波形圖電壓、電流波形圖(5)t8,t10 Do截止、截止、T1通態(tài)、，通態(tài)、，iT1=Io開關(guān)狀態(tài)開關(guān)狀態(tài)531 在fs1/Ts固定時(shí)，控制T2的關(guān)斷時(shí)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