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谐振模式下的高开关频率反激变换器高开关频率反激变换器是一种广泛应用于电子设备中的电源转换器，它具有体积小、效率高、输出稳定等优点，在电子产品中扮演着至关重要的角色。
本文将以谐振模式下的高开关频率反激变换器为主题，从原理、工作特点、设计优化以及应用前景等方面进行分析和探讨。
一、高开关频率反激变换器的原理高开关频率反激变换器是一种将输入直流电压转换为输出直流电压的电源转换器，其工作原理是利用开关管周期性地开关，将输入电压转换成具有一定频率和占空比的方波信号，然后通过输出滤波电路和控制电路得到稳定的输出电压。
谐振模式下的高开关频率反激变换器在工作时，会利用电感和电容的谐振作用来实现零电压开关，从而减小开关管的开关损耗，降低功率损耗，提高整体效率。
二、高开关频率反激变换器的工作特点1.高效率：谐振模式下的高开关频率反激变换器利用谐振方式减小了开关损耗，提高了整体的效率，使得电能的利用更加充分。
2.输出稳定：通过控制电路结合谐振技术，可以实现对输出电压的稳定控制，保证输出电压的精度和稳定性。
3.体积小：高开关频率使得反激变换器中的传统电感和电容可以显著减小，从而使得整个转换器的体积更小，适合在电子产品中的应用。
4.可靠性高：谐振模式下的高开关频率反激变换器在工作时由于开关管的损耗更小，可以减小热损伤，从而提高了整个电源转换器的可靠性。
三、高开关频率反激变换器的设计优化1.谐振电路的设计：谐振电路是谐振模式下的关键部分，需要根据输入电压、输出电压和工作频率来选择合适的电感和电容参数，以实现合适的谐振效果。
2.控制电路的设计：控制电路是保障输出电压稳定的关键，需要采用合适的控制策略，结合反馈控制和脉冲调制技术，以保证输出电压的精度和稳定性。
3.散热和电磁兼容设计：高开关频率反激变换器在工作时会产生一定的热量和电磁干扰，需要进行有效的散热设计和电磁兼容措施，以保证整个系统的稳定性和可靠性。
四、高开关频率反激变换器的应用前景谐振模式下的高开关频率反激变换器由于其高效率、输出稳定、体积小等特点，具有广阔的应用前景。
谐振复位双开关正激变换器的日期:•谐振复位双开关正激变换器概述•谐振复位双开关正激变换器的基本原理•谐振复位双开关正激变换器的设计方法•谐振复位双开关正激变换器的实验研究与验证•谐振复位双开关正激变换器的应用领域与前景•结论与参考文献谐振复位双开关正激变换器概述随着电力电子技术的发展，电力变换系统的能效和可靠性要求不断提高。
正激变换器作为一种常见的直流变换器，具有输出电压稳定、效率高等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
然而，传统的正激变换器在负载突变或输入电压变化时，容易出现磁复位不完全的问题，影响其性能和可靠性。
为了解决这一问题，研究者提出了谐振复位双开关正激变换器。
背景谐振复位双开关正激变换器的出现，有效地解决了传统正激变换器在负载突变或输入电压变化时出现的磁复位不完全问题，提高了电力变换系统的能效和可靠性。
这对于推动电力电子技术的发展，提高电力电子设备的性能和可靠性具有重要意义。
意义背景与意义结构谐振复位双开关正激变换器由磁复位电路、主开关管、谐振开关管、输出滤波器等组成。
其中，磁复位电路由磁复位开关和磁复位电容组成，主开关管和谐振开关管用于控制能量的传输，输出滤波器用于减小输出电压的纹波。
工作原理在谐振复位双开关正激变换器中，当磁复位电容通过磁复位开关充电时，主开关管关闭，谐振开关管开启，能量通过谐振开关管传递到输出端。
当磁复位电容充满电后，磁复位开关关闭，主开关管开启，谐振开关管关闭，能量通过主开关管传递到输出端。
由于磁复位电容的作用，磁复位电路可以在输入电压变化或负载突变时，实现快速的磁复位，提高了正激变换器的性能和可靠性。
结构与工作原理性能特点快速磁复位：由于磁复位电路的存在，谐振复位双开关正激变换器可以在输入电压变化或负载突变时，实现快速的磁复位，提高了电力变换系统的响应速度和稳定性。
高效率：谐振复位双开关正激变换器在正常工作时，由于其优化的电路设计和控制策略，可以保持较高的效率。
1 引言开关电容直流变换器是以电容为储能元件的功率变换器，其体积小、重量轻、效率高且易于集成。
但硬开关控制方式的开关电容变换器存在开关电流大、EMI问题严重等缺点。
谐振型开关电容直流变换器对于开关损耗、EMI和电流应力等性能有所改善，但同时存在一个问题：对于升压式电路，电容充电时，该电容不能同时向负载放电，只能由输出电容向负载供电，变换器输出电流占空比就会较小，势必导致工作电流峰值变大，使阻性损耗变大。
采用双相的电路结构可使电流占空比增大一倍，但功率器件数量也相应增加一倍。
根据向串联电容逐个充电能升压的原理，参考文献，在此提出一种谐振串联型开关电容DC／DC变换器，电路在对谐振电容充电的同时，能以恒流方式向负载放电，可增大工作电流占空比，从而减小谐振峰值电流，降低阻性损耗，提高变换效率。
2 主电路图1示出谐振型2倍压主电路拓扑结构，Cs，L1为低压端EMI滤波元件，C3，L3为高压端EMI滤波元件。
谐振电容C1，C2与C3间用L3相连。
电路工作波形如图2所示，工作分4个模态：模态I VT1，VD1导通，VT2，VD2关断，电源电流通过L1，L2，VT1，VD1向C1谐振充电，同时电源和C2串联向负载供电，即图2波形T2时段；模态II VT1仍然导通，VT2，VD2继续关断，由于VD1的反向阻断，VT1无电流，电路为C1，C2串联向负载放电，即图2波形t3～t4时段；模态III VT1，VD1关断，VT2，VD2导通，电源向C2充电，同时与C1串联向负载供电，类同模态I；模态IV 类同模态II。
模态II至模态IV，历经总时间为T3。
简言之，电源轮流向电容充电，电容串联升压输出。
若T2=T3，则模态II和IV时间为零，则输入充电电流时间占空比为100％。
由于谐振型电路工作要基于电路的参数，当电路LC谐振参数确定后，T2通常不能改变。
则调压方式只能是改变模态II和IV的时间，也即调频方式。
当T2=T3时，为开关频率上限fh=1／(2T2)，调节输出电压时，只能在fh上限频率处向下调节。
谐振复位双开关正激变换器CATALOGUE目录•引言•谐振复位双开关正激变换器的工作原理•控制电路与驱动设计•变换器的性能评估•变换器的应用案例与比较•总结与展望引言CATALOGUE 01定义与特性类型与分类谐振复位双开关正激变换器概述工作原理应用领域工作原理和应用领域目的本报告旨在详细介绍谐振复位双开关正激变换器的工作原理、特性、应用领域等方面的内容，为读者提供全面的了解和参考。
结构本报告首先介绍谐振复位双开关正激变换器的概述和工作原理，然后分析其特性、性能优势以及应用领域，最后总结报告内容并展望未来发展趋势。
本报告的目的和结构谐振复位双开关正激变换器的工作原理CATALOGUE02工作模式说明工作模式1在输入电压的正半周，开关管Q1导通，谐振电容Cr与主变压器Tr的原边绕组Lp1谐振，将能量传递到副边，同时给输出电容Co充电，为输出负载提供能量。
工作模式2在输入电压的负半周，开关管Q2导通，谐振电容Cr与主变压器Tr的原边绕组Lp2谐振，同样将能量传递到副边，维持输出电压稳定。
开关管Q1、Q2谐振电容Cr主变压器Tr输出整流二极管D1、D2关键元器件及其功能输入电压波形为正弦波，经过全桥整流后得到脉动的直流电压。
为具有一定死区的互补PWM波，用于控制开关管的导通与关断。
在开关管导通期间，谐振电容电压近似为正弦波；在开关管关断期间，谐振电容通过主变压器原边绕组放电。
在开关管导通期间，原边绕组电流逐渐上升；在开关管关断期间，原边绕组电流通过谐振电容放电回路逐渐减小。
根据负载情况和输出电压要求，副边绕组电压电流波形会有所不同，但总体上呈现稳定的直流特性。
工作波形和电压电流特性开关管驱动波形原边绕组电流波形副边绕组电压电流波形谐振电容电压波形控制电路与驱动设计CATALOGUE03010203调制方式选择控制策略及实现方法软开关技术控制算法设计变换器的性能评估CATALOGUE04评估方法通过对变换器输出波形进行观测和分析，可以判断其工作稳定性和效率。
谐振变换器,什么是谐振变换器
谐振变换器,什么是谐振变换器
谐振变换器由开关网络Ns、谐振槽路NT、整流电路NR、低通滤波器NF等部分组成，其结构框图由图1所示。
在图1中，Vg为直流电压源，提供输入功率。
开关网络Ns将直流能量变换为交流能量，其输出电压vs(t)为一个方波功率信号。
vs(t)含有基波和高次谐波，其频谱特性如图2-a所示。
vs(t))是谐振槽路NT的输入信号。
谐振网络NT 是具有带通特性的线性网络。
其传输比定义为输出信号和输入信号之比。
电压传输特性描述了NT的频率响应，其频谱特性如图2-b所示。
由图2-c可知，如果NT是一个高Q值的谐振网络且比较接近于，则NT的输出信号中只含有vs(t)中的基波，高次谐波分量可以忽略不计。
因此整流网络NR的输入信号为一个正弦量。
假定整流网络为全波整流器，则整流器的输出为全波整流波形，全波整流波形展开后，含有直流分量和高次谐波分量，其频谱如图2-d所示。
从频谱分析观点看，NR的作用相当于“频谱搬移”。
假定低通滤波网络NF的转折频率远小于开关频率，其频谱如图2-e所示。
图1 谐振变换器框图
下面简要介绍谐振变换器的调节原理，当开关频率等于谐振网络的谐振频率时，直流输出电压达到最大值；当开关频率偏离，直流输出电量降低，偏离越远，直流输出电压越低。
因此，谐振变换器是通过改变与的偏离程度达到调节输出电压的目的。
图 2 谐振变换器的频谱
依据谐振槽路的类型分类，谐振变换器主要包括三种基本的类型：串联谐振变换器（SRC）、并联谐振变换器（PRC）和串并联谐振变换器（SPRC）。
谐振模式下的高开关频率反激变换器谐振模式下高开关频率反激变换器引言谐振模式反激变换器，因其高开关频率和卓越的效率，在电源转换应用中备受青睐。
它们广泛应用于要求高功率密度的便携式电子设备和工业系统。
谐振模式的工作原理传统反激变换器在开关打开时，能量存储在漏感中。
谐振模式通过在漏感和附加电容之间形成谐振回路，来提高开关频率。
当开关关闭时，谐振回路提供一个几乎正弦波形的电流，减少开关损耗和电磁干扰。
谐振频率谐振频率由谐振回路的电感 (L) 和电容 (C) 确定，公式为：```f = 1 / (2π√LC)```开关频率谐振模式下，开关频率通常比谐振频率高。
过谐振操作（开关频率 > 谐振频率）可以进一步提高效率，但会增加谐波失真和开关应力。
谐振模式的优点高开关频率：减少变压器和电感器的尺寸，提高功率密度。
低开关损耗：谐振回路分摊了开关电流，降低了开关器件的损耗。
低电磁干扰 (EMI)：正弦波形电流降低了电磁干扰辐射。
高效率：减少的开关损耗和谐振回路优化提高了总转换效率。
谐振模式的缺点设计复杂：谐振回路的调谐和稳定性需要额外的设计考虑。
谐振元件成本：附加电容器的成本会略微增加。
过渡响应缓慢：谐振回路的固有特性会引起较慢的负载瞬态响应。
应用谐振模式反激变换器广泛应用于需要高功率密度和高效率的应用，包括：笔记本电脑和智能手机充电器LED 照明电源工业电源医疗设备结论谐振模式反激变换器凭借其高开关频率、低开关损耗、低 EMI 和高效率，在电源转换领域取得了显著成功。
虽然它们的设计可能比传统变换器更复杂，但它们在高功率密度和效率方面的优势使它们成为各种应用的理想选择。
专利名称：谐振开关变换器及其控制电路专利类型：实用新型专利
发明人：金亦青,陈跃东,林思聪
申请号：CN201420613809.7
申请日：20141022
公开号：CN204089601U
公开日：
20150107
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及谐振开关变换器及其控制电路。
谐振开关变换器包括上侧开关管、下侧开关管、谐振槽路以及控制电路。
控制电路包括斜率采样电路，产生表征上侧开关管和下侧开关管的公共端处电压斜率的斜率信号；斜率判断电路，判断斜率信号是否有效并产生斜率判断信号；时钟发生电路，产生时钟信号；以及导通时刻控制电路，根据斜率判断信号和斜率信号调节上侧开关管和下侧开关管之间的死区时间。
与现有技术相比，能够灵活的实现死区时间的自动调节，从而保证上侧开关管及下侧开关管的零电压开通，提高了系统效率。
申请人：成都芯源系统有限公司
地址：611731 四川省成都市高新西区科新路8号综合保税区(B区)
国籍：CN
代理机构：中科专利商标代理有限责任公司
代理人：王波波
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电力电子学——电力电子变换和控制技术（第二版）第 8 章谐振开关型变换器8 谐振开关型变换器8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性8.2 谐振开关型变换器的类型8.3 谐振开关型零电压开通（ZVS）变换器8.4 谐振开关型零电流关断（ZCS）变换器8.5 直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI小结❑硬开关过程❑开通（A→B →C）：在v T =V D下i T从0→Io，然后在iT=Io下v T从V D→0 ，P on=v T i T大。
❑关断（C→B →A ）：在i T=Io下v T从0→V D，然后在vT=V D下i T从Io→0，P off= v T i T大。
V D V T+-TD o L f I oC fR V o+-i f=I o CQE BA Pi TI oOV Q V D V CEPv T硬开通：A－B－C硬关断：C－B－A图8.1(a) 硬开关电路开关轨迹❑有LC 缓冲器的软开关过程❑ 开通（ A →Q →E →C ）：L S 使工作点从A→Q，在v T ＝V Q <V D 下i T 从0→Io，然后从E→C，P on ’< P on 。
❑ 关断（C →A →P →A ）：i T 从Io→0期间v T 从0→V D ，然后在i T =0下从A→P→A，P off ’显著减小。
开关轨迹图8.1(b) 有LC 复合缓冲的软开关电路C QE BA Pi T I oOV QV D V CEPv T缓冲软开通：A－Q－E－C 缓冲软关断：C－A－P－A❑开关频率增加可提高变换器的功率密度，但硬开关变换器的开关损耗会成比例升高。
❑LC缓冲器能降低开关器件的功耗，但其自身功耗使整个变换器的效率不一定能提高。
❑零开关技术可消除开通关断损耗，是电力电子变换器高频化最理想的技术。
❑ LC 谐振实现开关器件零电压开通和零电流关断❑ t 1时引发L r 、C r 谐振，t 2时v T 谐振至零，在t 3时驱动T 实现零电压开通。
❑ t 6时引发L r 、C r 谐振， t 7时i T 谐振至零，在t 8时切除驱动信号实现零电流关断。
开关轨迹T v Tr Ti OI 1t 2t 3t 4t 5t 6t 7t 8t 9t 10t Tv T v DV T v Ti Tr Tv T i t态断过程开通通态过程关断态断C QE BAPi T I oOV QV D V CEPv T零电压开通：A－O－C 零电压关断：C－O－A 图 8.2 零电压开通、零电流关断时v 、i 、r8.2 谐振开关型变换器的类型❑零电压开通谐振变换器和零电流关断谐振变换器。
❑脉冲宽度调制PWM谐振变换器和脉冲频率调制PFM 谐振变换器。
❑零开关谐振变换器和零转换谐振变换器。
❑零开关谐振变换器❑零转换谐振变换器❑LC谐振环节中有辅助开关管或无辅助开关管。
8.3 谐振开关型零电压开通（ZVS）变换器8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器工作原理8.3.2 零电压开通脉冲频率调制（ZVS PFM）变换器工作原理❑工作原理❑关断T2后引发L r C r谐振，使主开关管T1的电压vT=0。
❑再对T1施加驱动信号实现T 1的零电压开通。
V DV T+-TD oL f I oC fR V o+-i f=I o图8.1(a) 硬开关电路❑主电路组成❑变换器一个周期有五种开关状态。
❑开关状态1:T1关断，C r充电❑开关状态2:D0，D2续流❑开关状态3:T2关断，C r、L r谐振❑开关状态4:T1零电压开通❑开关状态5:T2零电压开通图 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM变换器电路图开关状态1：t0<t<t1t<to时T1、T2通态，D截止；t=t时关断T1，iT1下降，VT1从0上升，因Cr，T1软关断；t＝t1时V T1上升到VD，D正偏导电，T1关断过程结束。
开关状态2：t1<t<t2T 1断态，Vcr＝VT1＝VD。
iL经D2、T2续流，Io经D0续流。
Toff=t2-t1可控，用以调控输出电压。
开关状态3：t2<t<t3t=t2时，关断T2， L r、 C r谐振半个周期到t3， t=t3时 Vcr＝VT1＝VD，i L达到负最大值。
开关状态4：t 3<t<t 8如IoZr<V D , 则V T1不可能为零。
如IoZr>V D , 则当V T1＝0时, i T1仍为负值。
此后负值i L 经D 1向V D 回送电流，直到t=t 6。
在t 4~t 6期间，V T1＝0。
若在t 5驱动T 1，则为零电压开通。
开关状态4（续）：t3<t<t8t＝t6时，i L＝0， V cr＝V T1＝0，T2早已关断，此后VD 经T1、Lr建立iT1。
t=t8时，i T1＝Io，D0截止，完成T1开通过程。
开关状态5：t<t<t108 Arrayt＝t9时，开通T2，此时i L=I0不变T1已是通态，v L＝v T2＝0，T2是零电压开通。
t=t10时，关断T1（相当于t0时软关断T1）完成一个开关周期Ts。
❑在f s ＝1/Ts 固定时，控制T 2的关断时刻t 2，即可改变T off ，从而改变占空比，调控输出电压。
❑零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM ）变换器，可实现主开关T 1和辅助开关T 2零电压开通和软关断。
Dr o V Z I >❑T 1零电压开通条件：rr Dr D o C L V Z V I =>min (8-11)❑最小负载电流需满足： Dr o D V Z I V 2>+❑V T1、v cr 最高电压： sr r r T C L T )05.0~1.0(2=<π(8-13)❑开通期尽量缩短取：⎩⎨⎧=>Do s r o D s r V I T C IV T L ππ2)05.0~1.0(2)05.0~1.0(min min ❑由（8-11）和（8-13） 可确定L r 、C r ：图 8.4（a ）Buck DC/DC ZVS V DD 1DT 1T 2i LL r L fC f+R-V DV LV G1V oD 2V G2C rIo+-❑工作原理❑T 1通态时D 0截止，v T1＝v cr ＝0，切除+V G ，T 1关断i T1从Io→0，并联电容C r使v T ＝v cr 从0逐渐上升，T 1软关断。
❑v T ＝v cr →V D 后D 0导通，L r 、C r 立即谐振，所以电路8.5无开关状态2。
图 8.5 零电压开通ZVS PFM 变换器 图8.4（a ）中，T 2导通使i L 经D 2、T 2续流，不能形成L r 、C r 谐振回路，直到在t ＝t 2时刻关断T 2时，才能形成谐振。
❑主电路组成❑无T2：不能控制Lr、Cr谐振起始时刻开关状态2，无Toff时区2。
❑缺点：只有调频f s，才能调压。
图 8.5 零电压开通ZVS PFM变换器V D D1DT1T2i LL r L fC f+R-V DV LV G1V oD2V G2C rIo+-图 8.4（a）Buck DC/DC ZVS❑本节小结：❑ZVS PWM ：有辅助开关管T 2及L r 、C r ，可实现主开关T 1及辅助开关T 2零电压开通及软关断，可采用PWM 调压；❑ZVS PFM ：无辅助开关T 2，仅有L r 、C r ，靠主开关关断引起L r 、C r 谐振造成主开关管的零电压开通，只能PFM 调压。
图 8.5 零电压开通ZVS PFM 变换器V DD 1DT 1T 2i LL r L fC f+R-V DV LV G1V oD 2V G2C rIo+-图 8.4（a ）Buck DC/DC ZVS PWM 变换器电路图共同点：❑实现零电压开通的条件都是：Dr o V Z I >❑主开关管及电容最高电压都是：Dr o D V Z I V 2>+rr Do C L V I >min8.4 谐振开关型零电流关断（ZCS）变换器8.4.1 零电流关断脉冲宽度调制（ZCSPWM）变换器工作原理8.4.2 零电流关断脉冲频率调制（ZCSPFM）变换器工作原理❑ 5种开关状态❑开关状态1：电感充磁❑开关状态2：谐振阶段Ⅰ ❑开关状态3：V D 向负载供电❑开关状态4：谐振阶段Ⅱ ❑开关状态5：T 1断态，D o 续流❑主电路组成 V DL ri LT 1T 2D 2D oL fRV oC fC r+-V cri cV g1V g2D 1I f =I o +图 8.6 (a) ZCS PWM Buck DC/DC 变换器开关状态1：t0<t<t1t 0时加VG1，T1软开通(因为有Lr)，i T1↑ iD0↓，t＝t1时D截止。
V DL rT1T2D2D oC rD1I oi Li Do开关状态2：t1<t<t2V D 、T1、Lr、D2、Cr谐振半周至t2，i T1=iL=Io，icr＝0，vcr＝2VDV DL rT1T2D2D oC r+-V crD1I oi L开关状态3：t 2<t<t 3T 2处于断态，C r 不能放电，电源V D 经T 1对负载放电。
V DL rT 1T 2D 2D oC r+-V cr D 1I oi L开关状态4：t 3<t<t 8t 3时刻T 2被驱动软开通（由于有L r ）， C r 谐振放电。
若V D /Z r >I o 则i L 变负经D 1返回电源，T 1断流。
在t 4-t 6期间撤除V G1使T 1零电流关断。
V DL rT 1T 2D 2D oC r+-V cr D 1I oi L开关状态5：t 8<t<t 10T 1处于断态，在t 9时刻撤除+V G2，零电流关断T 2（i T2早已为零），t=t 10时开通T 1开始新周期。
V DL r T 1T 2D 2D o C r D 1I o❑控制T 2的开通时刻t 3即可改变通态时间2，实现PWM 控制Vo 。
缺点： ❑T 1零电流关断条件：oI >r D Z V oo r D T L I I Z V i i 2max 1max >+=+❑工作原理❑控制T 1的开通，形成L r C r 谐振使i L 过零反向，在此期间撤除T 1的驱动信号使其零电流关断。
❑无辅助开关T 2，与图8.6(a)相比则无开关状态3。
❑主电路组成图 8.7 零电流关断PWM 变换器V DL ri LT 1T 2D 2D oL fRV oC fC r+-V cri cV g1V g2D 1I f =I o+图 8.6 (a) ZCS PWM Buck DC/DC 变换器无开关状态3，仅在t 0-t 2和t 3-t 4期间i L >0，V D 输出功率输出电压V o ，而此时间只与L r 、C r 有关而不能被调控，故只有调频f s 才能调压。
