电力电子技术-7.pps

《电力电子技术-7.pps》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电子技术-7.pps（92页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、电 力 电 子 技 术,Power Electronics,第7章 学习指导,学习指导 软开关是指，通过在原来的开关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而减小甚至消除开关损耗和开关噪声。 软开关分为零电压开关与零电流开关。根据软开关技术发展的历程，软开关变换器分为准谐振变换器、PWM软开关变换器。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7

2、.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,第7章 学习指导,学习指导 准谐振变换器（QRC）的特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，而不是全程参与。 准谐振变换器分为零电压开关准谐振变换器（ZVS QRC），零电流开关准谐振变换器（ZCS QRC），零电压开关多谐振变换器（ZVS MRC），和用于逆变器的谐振直流环节（Resonant DCLink），这类变换器也需要采用频率调制方法。 准谐振软开关DC/DC变换器最主要的特点就是利用PF

3、M调压，这使得电源的输入滤波器、输出滤波器的设计复杂化，并影响系统的噪声。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,第7章 学习指导,学习指导 常规的PWM变换器开关频率恒定，控制方法简单。 在准谐振软开关DC/DC变换器中，谐振产生在整个开关管导通或开关管关断过程，若把谐振控制在开关管导通前或

4、关断前很小一段时间内，且谐振半周期远小于开关周期，这就构成了PWM软开关变换器。 PWM软开关变换器主要分为零开关PWM变换器、零转换PWM变换器和移相全桥软开关PWM变换器。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,第7章 学习指导,学习指导 本章主要讨论软开关的基本概念与分类，谐振型软开关变

5、换器、准谐振软开关变换器和PWM软开关变换器的电路构成和基本的工作原理。建议重点学习以下主要内容： 1）软开关的基本概念与分类、软开关电路的分类。 2）准谐振软开关电路的工作原理和电路工作特点。 3）零电压、零电流开关电路的构成特点、工作原理；零转换开关电路的构成特点、工作原理；移相控制软开关PWM全桥变换器的工作原理。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3

6、.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,第7章 软开关变换器,1,2,3,概述,准谐振软开关变换器,PWM软开关变换器,基本内容,常规的DC/DC PWM功率变换技术进一步提高开关频率会面临许多问题。 随着开关频率的提高，一方面开关管的开关损耗会成正比的上升，使电路的效率大大的降低，从而使变换器处理功率的能力大幅下降；另一方面，系统会对外产生严重的电磁干扰（EMI）。 所谓软开关，通常是指零电压开关ZVS（Zero Voltage Switching）和零电流开关ZCS（Zero Current Switching）或近似零电压开关与零电流开关。,7.1 概述,学习

7、指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,硬开关过程是通过突变的开关过程中断功率流而完成能量的变换； 而软开关过程是通过电感L和电容C的谐振，使开关器件中的电流（或其两端的电压）按正弦或准正弦规律变化，当电流过零时，使器件关断，或者当电压下降到零时，使器件导通。开关器件在零电压或零电流条件下完成导通与

8、关断的过程，将使器件的开关损耗在理论上为零。 软开关技术的应用使电力电子变换器可以具有更高的效率，功率密度和可靠性同时得到提高，并有效的减小电能变换装置引起的电磁干扰和噪声等。,7.1 概述,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.1 功率电路的开关过程,在功率变换电路中，每只功率管都要

9、进行开通与关断控制。 功率管在开通时开关管的电压不是瞬时下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是瞬时上升到负载电流，也有一个上升时间。 在这段时间里，电流和电压有一个交叠区，产生损耗，通常称之为开通损耗（Turn-on loss），如图7-1(a)所示。,（a）开通过程 图7-1 开关管开通与关断过程的电压电流及功率损耗曲线,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变

10、换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.1 功率电路的开关过程,当开关管关断时，开关管的电压不是瞬时从零上升到电源电压，而是有一个上升时间，同时它的电流也不是瞬时下降到零，也有一个下降时间。 在这段时间里，电流和电压也有一个交叠区，产生损耗，通常称之为关断损耗（Turn-off loss），如图7-1(b)所示。,（a）关断过程 图7-1 开关管开通与关断过程的电压电流及功率损耗曲线,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关

11、准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.1 功率电路的开关过程,可见当功率管开关工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗（Switching loss），通常可由一个开关周期的平均开通和关断损耗求出。 假设导通后流入功率管电流为IC，关断后功率管承受的电压为UC，导通时的管压降忽略不计，则由图7-1分析，不难求得导通和关断过程功率管的电流、电压瞬时值i、u。 开通过程： 关断过程：,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.

12、1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.1 功率电路的开关过程,一个开关周期的平均开通和关断损耗PS为：,7-1,式中：PS 功率管开关损耗； ton功率管开通时间； toff功率管关断时间； f 功率管开关频率； UC关断后功率管承受的电压； IC 导通后流入功率管电流。,在工作电压和工作电流一定的条件下，功率管在每个开关周期中的开关损耗是恒

13、定的，变换器总的开关损耗与开关频率成正比。 开关损耗的存在限制了变换器开关频率的提高，从而限制了变换器的小型化和轻量化。同时，开关管工作在硬开关时还会产生较高的di/dt和dv/dt，从而产生较大的电磁干扰。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.2 软开关的特征及分类,通过在原来的开

14、关电路中增加很小的电感、电容等谐振元件，构成辅助换流网络，在开关过程前后引入谐振过程，使开关开通前电压先降为零，或关断前电流先降为零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低它们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗和开关噪声，这样的电路称为软开关电路。 软开关电路中典型的开关过程如图7-2所示，具有这样开关过程的开关称为软开关。,图7-2 软开关的开关过程,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换

15、器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.2 软开关的特征及分类,使开关开通前两端电压为零，则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关；使开关关断前流过其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方式称为零电流关断，简称零电流开关；零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。 与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓，降低了开通损耗，但断态时功率管的电压应力增大；与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗，但通态时功率管的电流应力增大。这样的开关过程一般

16、给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，是得不偿失的，因此常与零电压开通和零电流关断配合应用。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.2 软开关的特征及分类,软开关技术问世以来，经历了不断的发展和完善，前后出现了许多种软开关电路，新型的软开关拓扑仍不断的出现。 根据电路中主要的

17、开关元件是零电压开通还是零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类。通常，一种软开关电路要么属于零电压电路，要么属于零电流电路。 根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成全谐振型变换器或谐振型变换器、准谐振变换器、零开关PWM变换器和零转换PWM变换器。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZV

18、S-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,谐振电路是谐振变换器的基本单元，它包括串联谐振电路和并联谐振电路。 1）串联谐振电路 （1）基本的串联谐振电路 基本的串联谐振电路如图7-3（a）所示，Lr是谐振电感，Cr是谐振电容，Ui是输入直流电源。,(a) 图7-3 基本的串联谐振电路,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器

19、7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,根据图7-3（a），列出电路微分方程为,(a) 图7-3 基本的串联谐振电路,7-2,假设t0时刻，谐振电感的初始电流为iLr(t0)=ILr0，谐振电容的初始电压uCr(t0)=UCr0，解微分方程组7-2得为,7-3,7-4,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM

20、变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,若电路的初始状态为零初始状态，即ILr0= iLr(t0)=0，UCr0=uCr(t0)=0，则,(b) 图7-3 基本的串联谐振电路,7-5,7-6,此时，谐振电容电压最大值为UCrmax=2Ui，谐振电感电流的最大值为ILrmax=Ui/Zr，仅决定于电源电压Ui和,特征阻抗Zr。如果Lr变小或Cr变大，谐振电感电流的最大值增大，而谐振电容电压的最大值不变。iLr和uCr分别按正弦和余弦规律变化，如图7-3(b)所示。表明谐振电感和谐振电容所储的能量相互交换，uCr达到最大值时，iLr则正好为零。,学习指

21、导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,（2）谐振电容并联电流源的串联谐振电路 在串联谐振电路的谐振电容上并联一个电流源，即构成另一类串联谐振电路，其电路结构如图7-4（a）所示。 根据图7-4（a），列出电路微分方程为,(a) 图7-4 谐振电容上并联一个电流源的串

22、联谐振电路,7-7,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,假设在t0时刻，谐振电感的初始电流为iLr(t0)=ILr0，谐振电容的初始电压uCr(t0)=UCr0，解微分方程组（7-7），得到,(a) 图7-4 谐振电容上并联一个电流源的串联谐振电路,7-8,

23、7-9,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,由式7-10、式7-11可知，谐振电容并联电流源的串联谐振电路，仅在谐振电感电流中增加了一个直流分量Io，如图7-4（b）所示。,图7-4 谐振电容上并联一个电流源的串联谐振电路,7-10,7-11,假设电路初始状

24、态为零初始状态，即ILr0= iLr(t0)=I0，UCr0=uCr(t0)=0，则,(a),(b),学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,2）并联谐振电路 基本的并联谐振电路如图7-5(a)所示，图中Lr是谐振电感，Cr是谐振电容,Ii是输入直流电流源。 根

25、据图7-5(a)，列出电路微分方程为,7-12,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,图7-5 基本的并联谐振电路,假设在t0时刻，谐振电感的初始电流为iLr(t0)=ILr0，谐振电容的初始电压uCr(t0)=UCr0，解微分方程组7-12得,(a),7-1

26、3,7-14,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.1.3 谐振电路的构成与特性,图7-5 基本的并联谐振电路,若电路初始状态为零初始状态，即ILr0= iLr(t0)=0，UCr0=uCr(t0)=0，则,(b),7-15,7-16,此时，谐振电感中电流最大值为ILrmax=2Ii，谐振

27、电容两端的电压最大,值为UCrmax=ZrIi，仅决定于电源电压Ii和特征阻抗Zr。如果Lr变小或Cr变大，谐振电感电流的最大值不变，而谐振电容电压两端电压最大值减小。uCr和iLr分别按正弦和余弦规律变化，如图7-5（b）所示。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2 准谐振软开关变换

28、器,准谐振变换器（Quasi Resonant Converter，QRC）的出现是软开关技术的一次飞跃，这类变换器的特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程参与。 准谐振变换器分为零电压开关准谐振变换器（Zero Voltage Switching Quasi Resonant Converter，ZVS QRC），对应的基本开关单元如图7-6(a)所示；,(a) 图7-6 准谐振电路的基本开关单元,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.

29、2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2 准谐振软开关变换器,零电流开关准谐振变换器（Zero Current Switching Quasi Resonant Converter，ZCS QRC），对应的基本开关单元如图7-6(b)所示；零电压开关多谐振变换器（Zero Voltage Switching Multi Resonant Converter，ZVS MRC），对应的基本开关单元如图7-6(c)所示；和用于逆变器的谐振直流环节（Resonant DCLink

30、），对应的基本开关单元如图7-10(a)所示，这类变换器需要采用频率调制方法。,(a) (b) 图7-6 准谐振电路的基本开关单元,图7-10 谐振直流环电路的等效电路及理想化波形,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,管子在关断期间输出电容储存CU2/2的

31、能量，而在管子导通时，该能量损耗在器件内部，在高的输入电压下，开通损耗是很大的，尤其当开关频率高到MHz量级时，电容放电引起的开通损耗占决定性因素，假如结电容为100pF，工作电压为300V，当频率为lMHz时，导通损耗为：,在频率为5MHz时，为22.5W。 零电压开关技术，能减小功率器件开通时的损耗，使得变换器可以在很高的开关频率下工作。将Boost变换器中的开关用准谐振零电压开关代替就构成了零电压开关准谐振Boost变换器，其简化电路如图7-7（a）所示。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软

32、开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,将输入部分看作恒流源，输出负载部分看作电压负载Uo。开关管VTS导通时，有输入电流Ii，二极管VD关断，没有电流注入电压负载，在t0时间，开关管VTS关断，输入电流流入电容Cr，给电容充电。 图7-7（b）给出零电压准谐振Boost变换器的典型的工作波形。,图7-7 零电压开关准谐振Boost变换器的简化电路及其工作波形,(a)电路拓扑,（b）主要工

33、作波形,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,在稳态工作下，一个完整的开关周期分为4个阶段，各阶段工作过程分析如下： （1）t0 t1阶段，电容充电阶段，电流路径示意图如图7-8(a)所示。 t0之前，VTS导通，输入电流Ii经VTS续流，t0时刻，开关管V

34、TS关断，电容Cr充电，Cr上的电压线性上升，在t1时刻，uCr达到Uo，二极管VD导通。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,（2）t1 t4阶段，谐振阶段，电流路径示意图如图7-8(b)所示。 t1时刻，二极管VD导通，一部分Ii流入Uo，一部分Ii给

35、电容充电，t2时刻，iLr达到Ii，这时电容电压达到峰值；随后谐振电容开始放电，当电容电压uCr降到Uo，iLr达到峰值，随后iLr开始减小，直到uCr降到零，谐振过程结束，这时VDS导通流过反向电流。 。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,（3）t4

36、t6阶段，电感放电阶段，电流路径示意图如图7-8(c)所示。 t4 t5期间，电感电流经VDS续流，将VTS两端电压箝位成零电压，这段期间开通VTS，VTS零电压开通。这段时间电感电流iLr线性下降，iS线性增大 t5时刻，iLr下降到等于Ii，接着iLrIi， VTS导通给Ii提供续流通路，t6时刻，iLr下降到零，iS达到Ii。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变

37、换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,（4）t6 t0阶段，续流阶段，电流路径示意图如图7-8(d)所示。 t6之后，VTS继续导通，流过VTS的电流保持Ii不变，直到t0时，VTS关断，完成了一个周期。 很明显，当Lr和Cr选定后，谐振半周期t1 t4时间固定（忽略t0 t1这段时间）。也就是说，VTS的关断时间固定，可以通过调节VTS的导通时间来调节占空比，从而达到调节输出电压的目的。因此，零电压开关准谐振变换器是通过脉冲频率调制来调节输出电压。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软

38、开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,采用同样的方法可构成零电压开关准谐振Buck变换器，其电路拓扑和主要工作波形如图7-9所示,（a） 电路拓扑 （b）主要工作波形 图7-9 Buck型零电压开关准谐振变换器的简化电路及主要工作波形,此外，逆变器的谐振直流环节也是属于零电压开关准谐振变换器，其电路拓扑和工作波形如图7-1

39、0所示。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,采用同样的方法可构成零电压开关准谐振Buck变换器，其电路拓扑和主要工作波形如图7-9所示. 一个开关周期共有2个工作阶段，各阶段工作过程分析如下： （1）t0 t4阶段，谐振阶段。 t0之前，VTS导通，iL

40、r经VTS续流，iLrIo，t0时刻，开关管VTS关断，Lr和Cr发生谐振，iLr对Cr充电，Cr上的电压上升。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器,在t1时刻，uCr达到Ui，iLr达到峰值，随后iLr继续向Cr充电，直到t2时刻iLr = Io，uCr

41、达到谐振峰值 接着，uCr向Lr和L放电，iLr降低，到零后反向，直到t3时刻uCr =Ui，iLr达到反向谐振峰值，开始衰减，uCr继续下降，t4时刻，uCr = 0，VTS的反并联二极管VDS导通，uCr被箝位于零。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.1 零电压开关准谐振变换器

42、,（2）t4 t0阶段，电感充电阶段。 t4 t5阶段，负载电流一部分经VDS续流，iLr线性上升，VTS两端电压被箝位在零，在这段时间内开通VTS，VTS零电压开通，电流iLr继续线性上升，t5时刻，iLr = Io 直到t0时刻，VTS再次关断。t4 t0阶段，直流母线电压被箝位成零，若这时逆变桥内开关管换相，则也是零电压开通或关断。 缺点：电压谐振峰值很高，增加了对开关器件耐压的要求。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振

43、变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.2 零电流开关准谐振变换器,将Buck变换器中的开关用准谐振零电流开关代替就构成了零电流开关准谐振Buck变换器，如图7-11(a)所示，其工作波形如图7-11(b)所示。 开关周期分为4个阶段，假定在开关VTS导通以前，负载电流经二极管VD续流，电容Cr上电压箝位到零。,（a）电路拓扑,（b）主要工作波形,图7-11零电流开关准谐振Buck变换器电路拓扑及其工作波形,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分

44、类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.2 零电流开关准谐振变换器,（1）t0 t1阶段，电感充电阶段，电流路径示意图如图7-12(a)所示。 t0之前，VTS不导通，输出电流Io经VD续流 t0时刻，开关管VTS开通，电感Lr充电，Lr中的电流线性上升，在t1时刻，iLr达到Io，随后iLr分成两部分，一部分维持负载电流，一部分给谐振电容充电，二极管VD截止。,学

45、习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关P

46、WM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.2 零电流开关准谐振变换器,（2）t1 t4阶段，谐振阶段，电流路径示意图如图7-12(b)所示。 t1时刻，输入电流上升到Io，VD关断，Lr和Cr开始谐振，t2时刻，uCr(t2) = Ui，iLr达到峰值 随后iLr减小，t3时刻，iLr减小到Io，uCr达到峰值，接着Cr开始放电，直到t4时刻，iLr下降到零。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐振变换器 7.2

47、.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.2.2 零电流开关准谐振变换器,（3）t4 t6阶段，电容放电阶段，电流路径示意图如图7-12(c)所示。 t4 t5期间，电容电压高于Ui，继续经VD向负载放电，将VTS中的电流箝位成零，在这段期间关断VTS，VTS将是零电流关断。t5时刻，uCr下降到等于Ui 由于负载为电流源，uCr继续放电，这时开关管两端的电压开始上升，直到t6时刻，uCr两端电压下降到零，uS上升到等于Ui 。,7.2.2 零电流开关准谐振变换器,（4）t

48、6 t0阶段，续流阶段，电流路径示意图如图7-12(d)所示。 t6时刻，uCr放电完，uCr = 0，输出电流经二极管VD续流，直到t0时刻VTS再次导通，进入下一工作周期。 很明显，当Lr和Cr选定后，谐振半周期t1 t4时间固定（忽略t0 t1这段时间）。也就是说，VTS的导通时间固 定，可以通过调节VTS的关断时间来调节占空比，从而达到调节输出电压的目的。因此，零电流开关准谐振变换器也是通过脉冲频率调制来调节输出电压。,学习指导 7.1 概述 7.1.1功率电路的开关过程 7.1.2软开关的特征及分类 7.1.3谐振电路的构成及特性 7.2 准谐振软开关变换器 7.2.1零电压开关准谐

49、振变换器 7.2.2零电流开关准谐振变换器 7.3 PWM软开关变换器 7.3.1零开关PWM变换器 7.3.2零转换PWM变换器 7.3.3移相控制ZVS-PWM全桥变换器,7.3 PWM软开关变换器,准谐振软开关DC/DC变换器与常规的PWM硬开关变换器相比，由于开关器件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(EMI)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。 明显的不足：器件可能承受过高的电压应力和电流应力；利用PFM（Pulse Frequency Modulation）调压，用改变开关频率来进行控制，这使得电源的输入滤波器、输出滤波器的设计复杂化，并影响系统的噪声。 常规的PWM变换器开关频率恒定，当输入电压或负载变化时，通常靠调节开关的占空比来调节输出电压，属恒频