第8章 谐振开关型变换器

1、1第第8 8章章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器电力电子学电力电子学电力电子变换和控制技术（第三版）电力电子变换和控制技术（第三版）2第第8 8章章 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(QRCs)*8.3 零电流开关(ZCS) PWM变换器和零电压开关(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3第第8 8章章 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(QRCs)*8.3 零电流开关(ZCS) PWM变换器和零电压开关(ZVS) PWM

2、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4n 硬开关的概念n 软开关的概念n 软开关的分类8.1 8.1 软开关变换器的分类软开关变换器的分类5n 硬开关的概念n软开关的概念n软开关的分类8.1 8.1 软开关变换器的分类软开关变换器的分类68.1软开关变换器的分类导通截止开通开通关断关断功率开关管工作的几个术语7功率开关管的硬开关工作8.1软开关变换器的分类8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

3、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8.1软开关变换器的分类9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)8.1软开关变换器的分类10n 硬开关的概念n 软开关的概念n 软开关的分类8.

4、1 8.1 软开关变换器的分类软开关变换器的分类11开关轨迹：软开关vs 硬开关8.1软开关变换器的分类12n 硬开关的概念n 软开关的概念n 软开关的分类8.1 8.1 软开关变换器的分类软开关变换器的分类138.1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ZVS PWM变换器零转换PWM变换器ZCT PWM变换器ZVT PWM变换器14第第8 8章章 谐振开关型变换器谐振开关型变换器8.1

5、 软开关变换器的分类8.2 准谐振变换器(QRCs)*8.3 零电流开关(ZCS) PWM变换器和零电压开关(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15n 谐振开关n 零电流开关准谐振变换器(ZCS QRCs)n零电压开关准谐振变换器(ZVS QRCs)8.2 8.2 准谐振变换器准谐振变换器 (QRCs)(QRCs)16n 谐振开关n 零电流开关准谐振变换器(ZCS QRCs)n零电压开关准谐振变换器(ZVS QRCs)8.2 8.2 准谐振变换器准谐振变换器 (QRCs)(QRCs)17零电流开关准谐振开关Cr

6、LrQDQCrLrQ半波模式全波模式8.2准谐振变换器(QRCs)1818全波模式半波模式零电流开关准谐振开关8.2准谐振变换器(QRCs)19n 谐振开关n 零电流开关准谐振变换器(ZCS QRCs)n零电压开关准谐振变换器(ZVS QRCs)8.2 8.2 准谐振变换器准谐振变换器 (QRCs)(QRCs)2020ZCS准谐振变换器族(1)BuckBoostBuck-BoostCuk8.2准谐振变换器(QRCs)21ForwardFlybackZCS准谐振变换器族(2)8.2准谐振变换器(QRCs)22全波模式Buck ZCS QRC8.2准谐振变换器(QRCs)2323电感电流线性增加模

7、式8.2准谐振变换器(QRCs)2424谐振模式：开关管导通8.2准谐振变换器(QRCs)2525谐振模式：反并二极管导通8.2准谐振变换器(QRCs)2626电容线性放电模式8.2准谐振变换器(QRCs)2727滤波电感电流续流模式8.2准谐振变换器(QRCs)28n 谐振开关n 零电流开关准谐振变换器(ZCS QRCs)n零电压开关准谐振变换器(ZVS QRCs)8.2 8.2 准谐振变换器准谐振变换器 (QRCs)(QRCs)2929ZVS准谐振变换器族(1)BuckBoostBuck-BoostCukSQDQQDQHalf-WaveFull-Wave8.2准谐振变换器(QRCs)303

8、0ZVS准谐振变换器族(2)ForwardFlyback8.2准谐振变换器(QRCs)SQDQQDQHalf-WaveFull-Wave3131半波模式Boost ZVS QRC8.2准谐振变换器(QRCs)3232电容线性充电模式8.2准谐振变换器(QRCs)3333谐振模式8.2准谐振变换器(QRCs)3434电感电流线性下降模式8.2准谐振变换器(QRCs)3535输入电感电流续流模式8.2准谐振变换器(QRCs)36第第8 8章章 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(QRCs)*8.3 零电流开关(ZCS) PWM变换器和零电压开关(ZVS)

9、 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37n ZCS PWM变换器n ZVS PWM变换器* *8.3 8.3 零电流开关零电流开关(ZCS) PWM(ZCS) PWM变换器和零电压开变换器和零电压开关关(ZVS) PWM(ZVS) PWM变换器变换器38n ZCS PWM变换器n ZVS PWM变换器* *8.3 8.3 零电流开关零电流开关(ZCS) PWM(ZCS) PWM变换器和零电压开变换器和零电压开关关(ZVS) PWM(ZVS) PWM变换器变换器39*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器Buc

10、k ZCS PWM变换器40电感电流线性增加模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器41谐振模式：电容充电*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器42Buck变换器的开关管导通模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器43谐振模式：电容放电*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器44谐振模式：电容放电*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器45电容线性放电模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器4646滤波电感续流模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器47n ZCS PWM变换器n ZVS PW

11、M变换器* *8.3 8.3 零电流开关零电流开关(ZCS) PWM(ZCS) PWM变换器和零电压开变换器和零电压开关关(ZVS) PWM(ZVS) PWM变换器变换器4848Boost ZVS PWM变换器*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器4949电容线性充电模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器5050谐振模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器5151Boost变换器开关管导通模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器5252谐振模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器5353电感电流线性下降模式*8.3

12、 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器5454输入电感电流续流模式*8.3 ZCS PWM变换器和ZVS PWM变换器55第第8 8章章 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(QRCs)*8.3 零电流开关(ZCS) PWM变换器和零电压开关(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5656*8.4 零电压转换PWM变换器Boost ZVT变换器的推导5757t0, t1*8.4 零电压转换PWM变换器5858t1, t2*8.4 零电压转换PWM变换器5959t2,

13、t3*8.4 零电压转换PWM变换器6060t3, t4*8.4 零电压转换PWM变换器6161t4, t5*8.4 零电压转换PWM变换器6262t5, t6*8.4 零电压转换PWM变换器6363t6, t7*8.4 零电压转换PWM变换器6464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。缺点：L辅助开关管为硬关断，存在关断损耗。*8.4 零电压转换PWM变换器6565ZVT变换器族(

14、1)BuckBoostBuck-BoostCuk*8.4 零电压转换PWM变换器6666ForwardFlyback*8.4 零电压转换PWM变换器ZVT变换器族(2)6767第第8 8章章 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(QRCs)*8.3 零电流开关(ZCS) PWM变换器和零电压开关(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68n 工作原理n 主要特性8.5 移相控制零电压开关全桥变换器69n 工作原理n 主要特性8.5 移相控制零电压开关全桥变换器70708.5

15、 移相控制零电压开关全桥变换器全桥变换器7171t0之前8.5 移相控制零电压开关全桥变换器7272t0, t18.5 移相控制零电压开关全桥变换器73t1, t28.5 移相控制零电压开关全桥变换器74t2, t38.5 移相控制零电压开关全桥变换器75t3, t48.5 移相控制零电压开关全桥变换器76t4, t58.5 移相控制零电压开关全桥变换器77t5, t68.5 移相控制零电压开关全桥变换器78n 工作原理n 主要特性8.5 移相控制零电压开关全桥变换器798.5 移相控制零电压开关全桥变换器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

16、的结电容放电。222lead1in3inleadin1122ECVC VCV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。8080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。222lag2in4inlagin1122EC VC VC V8.5 移相控制零电压开关全桥变换器81812636losssslkLf3Lf6inslkOins222( )( )/4ttDTTLItItKVTLIK VTpLr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。 8