第8章 谐振开关

1、第8章 谐振开关型变换器1电力电子学电力电子学电力电子变换和控制技术（第三版）陈陈 坚坚 编著编著华中科技大学华中科技大学第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开关全桥变换器8.6 谐振直流环节逆变器第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开

2、关全桥变换器8.6 谐振直流环节逆变器第8章 谐振开关型变换器功率开关管工作的几个术语导通截止开通开通关断关断第8章 谐振开关型变换器功率开关管的硬开关工作第8章 谐振开关型变换器减小开关损耗的方法(1) 在开关管开通时，使其电流保持在零，或者限制电流的上升率，从而 减小电流与电压的交叠区，这就是所谓的零电流开通。(2) 在开关管开通前，使其电压下降到零，这就是所谓的零电压开通。(3) 同时做到(1)和(2)，在这种情况下，开通损耗为零。减小开通损耗(1) 在开关管关断前，使其电流减小到零，这就是所谓的零电流关断。(2) 在开关管关断时，使其电压保持在零，或者限制电压的上升率，从而 减小电流与

3、电压的交叠区，这就是所谓的零电压关断。(3) 同时做到(1)和(2)，在这种情况下，关断损耗为零。减小关断损耗第8章 谐振开关型变换器功率开关管的软开关工作零电流开关(Zero-Current-Switching)零电压开关(Zero-Voltage-Switching)第8章 谐振开关型变换器开关轨迹：软开关vs 硬开关第8章 谐振开关型变换器软开关变换器的分类谐振变换器软开关 串联谐振变换器(SRC) 并联谐振变换器(PRC) 负载串联负载并联准谐振变换器(QRC) ZCS-QRCZVS-QRC多谐振变换器(MRC) ZCS-MRCZVS-MRC零开关PWM变换器ZCS- PWM变换器ZV

4、S- PWM变换器零转换PWM变换器ZCT- PWM变换器ZVT- PWM变换器第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开关全桥变换器8.6 谐振直流环节逆变器第8章 谐振开关型变换器零电流开关准谐振开关DQ1DQ1QCrLrCrLrQDQ1LrCrCrLrQDQ1半波模式全波模式第8章 谐振开关型变换器DQ1DQ1CrDQ1QCrLrCrLrQDQ1QLrCrLrQ零电压开关准谐振开关全波模式半波模式第8章 谐振开关

5、型变换器ZCS准谐振变换器族(1)CrLrSLfCfRLdVo+_VinBuckBoostVinLcRLdVo_+CfDLrSCrBuck-BoostLbSDRLdVo+_VinCfCrLrLfCfRLdVo_+LbVinCbDSCrLrCukSQDQ1QDQ1Half-WaveFull-Wave第8章 谐振开关型变换器ZCS准谐振变换器族(2)TrDR1LfCfRLdVo+_*VinDR2SLrCrTrDR1CfRLdVo+_*VinSLrCrForwardFlybackSQDQ1QDQ1Half-WaveFull-Wave第8章 谐振开关型变换器全波模式Buck ZCS QRC第8章 谐振

6、开关型变换器电感电流线性增加模式第8章 谐振开关型变换器谐振模式：开关管导通第8章 谐振开关型变换器谐振模式：反并二极管导通第8章 谐振开关型变换器电容线性放电模式第8章 谐振开关型变换器滤波电感电流续流模式第8章 谐振开关型变换器ZVS准谐振变换器族(1)CrLrSLfCfRLdVo+_VinLbDRLdVo+_VinCfLrCrSBuckBoostBuck-BoostCukSQDQ1QDQ1Half-WaveFull-WaveVinLcRLdVo_+CfDLrSCrLfCfRLdVo_+LbVinCbDSLrCr第8章 谐振开关型变换器ZVS准谐振变换器族(2)ForwardFlyback

7、TrDR1LfCfRLdVo+_*VinDR2SLrCrTrDR1CfRLdVo+_*LrVinSCrSQDQ1QDQ1Half-WaveFull-Wave第8章 谐振开关型变换器半波模式Boost ZVS QRC第8章 谐振开关型变换器电容线性充电模式第8章 谐振开关型变换器谐振模式第8章 谐振开关型变换器电感电流线性下降模式第8章 谐振开关型变换器输入电感电流续流模式第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开关全桥

8、变换器8.6 谐振直流环节逆变器第8章 谐振开关型变换器Buck ZCS PWM变换器第8章 谐振开关型变换器电感电流线性增加模式第8章 谐振开关型变换器谐振模式：电容充电第8章 谐振开关型变换器Buck变换器的开关管导通模式第8章 谐振开关型变换器谐振模式：电容放电第8章 谐振开关型变换器谐振模式：电容放电第8章 谐振开关型变换器电容线性放电模式第8章 谐振开关型变换器滤波电感续流模式第8章 谐振开关型变换器Boost ZVS PWM变换器第8章 谐振开关型变换器电容线性充电模式第8章 谐振开关型变换器谐振模式第8章 谐振开关型变换器Boost变换器开关管导通模式第8章 谐振开关型变换器谐振

9、模式第8章 谐振开关型变换器电感电流线性下降模式第8章 谐振开关型变换器输入电感电流续流模式第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开关全桥变换器8.6 谐振直流环节逆变器第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开关全桥变换器8.6 谐振直流环

10、节逆变器第8章 谐振开关型变换器QLbDRLdVo+_VinCfDQ1CrLrDaBoost ZVT变换器的推导第8章 谐振开关型变换器QDRLdVo+_CfLrCrDQ1DaQaIint0, t1第8章 谐振开关型变换器t1, t2QDRLdVo+_CfLrCrDQ1DaQaIin第8章 谐振开关型变换器t2, t3QDRLdVo+_CfLrCrDQ1DaQaIin第8章 谐振开关型变换器t3, t4QDRLdVo+_CfLrCrDQ1DaQaIin第8章 谐振开关型变换器t4, t5QDRLdVo+_CfLrCrDQ1DaQaIin第8章 谐振开关型变换器t5, t6QDRLdVo+_Cf

11、LrCrDQ1DaQaIin第8章 谐振开关型变换器t6, t7QDRLdVo+_CfLrCrDQ1DaQaIin第8章 谐振开关型变换器ZVT PWM变换器的优点优点：J在整个电压和负载范围内均可实现主开关管Q1和二极管D1的 ZVS ；J主开关管Q1和二极管D1的 电压和电流应力与基本的变换器相同；J辅助开关管Qa为零电流开关；J辅助电路只在主开关管开通时工作一段时间，损耗很小；JPWM控制，易于优化设计。QLbDRLdVo+_VinCfDQ1CrLrDa缺点：L辅助开关管为硬关断，存在关断损耗。第8章 谐振开关型变换器ZVT变换器族(1)BuckBoostBuck-BoostCuk第8章

12、 谐振开关型变换器ZVT变换器族(2)ForwardFlyback第8章 谐振开关型变换器第八章第八章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器8.4 零电压转换PWM变换器8.5 移相控制零电压开关全桥变换器8.6 谐振直流环节逆变器第8章 谐振开关型变换器全桥变换器第8章 谐振开关型变换器t0之前000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4

13、Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器t0, t1000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器t1, t2000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3V

14、inD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器t2, t3000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器t3, t4000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K+_Tr*ipD1Q

15、1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器t4, t5000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器t5, t6000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1VinvABipvrectVinVin/K

16、+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器实现ZVS的条件：超前桥臂为了实现超前桥臂的ZVS，需要有足够的能量给关断的开关管的结电容充电和给即将开通的开关管的结电容放电。223212121inleadininleadVCVCVCE这个能量由滤波电感和谐振电感提供。J由于滤波电感较大，因此超前管很容易实现ZVS。+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect第8章 谐振开关型变换器+_Tr*ipD1Q1C1D3Q3

17、C3VinD2Q2C2D4Q4C4*DR1LfRLdVo+_CfDR2LlkABvrect实现ZVS的条件：超前桥臂为了实现滞后桥臂的ZVS，需要有足够的能量给关断的开关管的结电容充电和给即将开通的开关管的结电容放电。这个能量由谐振电感提供。J 谐振电感较小，其能量比滤波电感小得多，因此滞后桥臂实现ZVS相对超前桥臂困难一些。224222121inlagininlagVCVCVCE第8章 谐振开关型变换器占空比丢失sinolksinLfLflksslossTVKILTVKtItILTtTtD4/)()(222633626pLr越大，Dloss越大；p负载电流Io越大，Dloss越大；p输入电压Vin越低，Dloss越大。 000t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t12t13tttttQ1Q3Q1Q4Q2Q4I2I1Vin