谐振开关型变换器

• 主电路处于通态时引发LC谐振使iT＝0，再切除VG关断开 关管， rT从0→∞期间，iT＝0，零电流关断。
7
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续6)
断 态 开通 过程 通态 关断 过程 断 态
在断态期t＝t1时引发Lr、Cr谐振， t=t2使VT＝0后，在t3时加＋VG，rT
t=t7使iT＝0后，在t8时切除+VG，rT
从0→∞的关断过程中iT＝0，Poff＝0， t≥t9建立VT时，rT已为∞，iT＝0，
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
Poff=0，实现零电流关断。
8
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续7) • 提高变换器 的开关频率fs可改善变换器的特性(如
iT
+ VT T
A
Lf
If = Io
D
Io
Cf
Vo
断 态
开通 过程
通态
关断 过程
断 态
rT vT
rT
VD
vT
B
VD
vT t 2t3 t 4 t5
iT
IO
vT iT vT iT t6 t 7 t8 t 9 t10 t
t1
vT、iT、rT 图8.2 零电压开通、零电流关断时
在主电路中加入Lr，Cr引发谐振， 可使开关管处于零电压、零电流状态
（2）关断：(C →A →P →A )
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
一旦无VG，rT↑、VT↑、iC↑、iT从Io→0期间，VT同时从0→VD， 工作点轨迹为C→A，P'off很小。然后在IT≡0情况下，从 A→P→A(无关断损耗)
5
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续4)
零开关(Zero-Switching)谐振变换器
Cr
+
Vg2 T2
-
D2 Lf
Io
D1
Cr
+
+ Lr T1 Vg1 VD
Vo Cf
T1
D1
-
iL
+ Lr iL
Vg1 VD VL D
Lf
Io
Vo Cf
VL D
VD
R
VD
R
Baidu NhomakorabeaZVS-PWM
ZVS-PFM
D1 T1 Vg1 VD
Lr
Lf T2 Vcr D2
Vo
rT vT
rT
vT VD
vT t 2t3 t 4 t5
iT
IO
vT iT vT iT t6 t 7 t8 t 9 t10 t
从∞→0，在VT从∞→0的开通过程
中，VT＝0，Pon＝0，t≥t4建立iT时， rT已为0，Pon＝0，实现零电压开 通。 在通态期t＝t6时引发Lr、Cr谐振，
t1
vT、iT、rT 图8.2 零电压开通、零电流关断时
iT
+ VT T
A
Lf
If = Io
Io
Cf
Vo
VD
D
B
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
首先在大电流iT=Io下，vT从0→VD，；（ CB段） 然后在高压VT=VD下，iT从Io→0。 （ BA 段）
3
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续2)
软开关：有LC缓冲器时的开关过程
iL
I f =I o
Do Cf
Vg2
+
+
ic
R
-
Cr
ZCS-PWM
图8.7 零电流关断PFM变换器
ZVS-PFM
10
8.2 谐振开关型变换器的类型
一、零开关（ZERO-SWITCHING）谐振变换器 谐振电感Lr串接在主电路中 1、零电压开通ZVS PWM：必须IoZr>VD,VT>2VD 2、零电压开通ZVS PFM：必须IoZr>VD,VT>2VD 3、零电流关断ZCS PWM：必须VD/Zr>Io,IT>2Io 4、零电流关断ZCS PFM：必须VD/Zr>Io,IT>2Io
二、零转换(Zero-Transition)谐振变换器：变换器主电路输入电 流不经过谐振电感Lr ，Lr在电路中不参与对负载通态供电。
11
8.2 谐振开关型变换器的类型（续2）
一、零开关谐振变换器（Zero-Switching）ZVS ZCS 二、零转换谐振变换器（Zero-Transition）ZVT ZCT
（1）开通： (A →Q →E→C)
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
一旦有VG，iT↑，LS使工作点从A→Q。在VT＝VD－Ldi/dt＝ VQ<VD下。iT从0→Io。然后在大电流iT＝Io下，VT从VQ→0
4
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续3)
软开关：有LC缓冲器时的开关过程
开通 过程
通态
关断 过程
断 态
rT vT
rT
VD
D
vT
B
VD
vT t 2t3 t 4 t5
iT
IO
vT iT vT iT t6 t 7 t8 t 9 t10 t
t1
vT、iT、rT 图8.2 零电压开通、零电流关断时
• 主电路开关管处于断态时，引发LC谐振使VT＝0，再加VG
开通开关管， rT从∞→0期间，VT＝0，零电压开通。
开通：加入+VG后开关管从断态（rT＝∞）
→ 通态（rT ＝0）的过程 关断：无VG后开关管从rT＝0的通态
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
→ rT＝∞的断态的过程。
6
8.1硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续5)
iT
+ VT T
A
Lf If = Io
Io
Cf
Vo
断 态
SPWM改善输出波形)，减小LC滤波器及变压器的重量
和体积。但使硬开关变换器的开关损耗成比例的提高。 • 引入LC缓冲器后软开关能降低开关器件的功耗，但L、 C、R的功耗使整个变换器的效率不一定能提高。 • 而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。
9
8.2 谐振开关型变换器的类型（续1）
Io
Cf
Vo
VD
D
B
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
开关器件的两种状态：通态（C点）、断态（A点）； 两种过程：开通、关断。
硬开关： (1)硬开关之开通 :(A→B→C)
首先在高压vT=VD下，iT从0→Io，；（AB段）
然后在大电流下iT=Io下，vT从VD→0。（BC段）
2
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性(续1) (2)硬开关之关断过程: (C →B→ A)
谐振开关型变换器
硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性 谐振开关型变换器的类型
零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器
零电流关断脉冲宽度调制（ZCS PWM）变换器
直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI
1
谐振开关型变换器
硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性
iT
+ VT T
A
Lf If = Io