电力电子技术8

1、128.1硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本条件8.2软开关的基本特性和类型8.3准谐振DC/DC变换器8.4零电流关断（ZCS）PWM DC/DC 变换器8.5零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器1 软开关变换器38.1 硬开关、硬开关、LC缓冲软开关和缓冲软开关和LC谐振零开关基本条件谐振零开关基本条件硬开关过程：由于开关管不是理想器件，在开通时开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，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，称之为开通损耗。当开关管关断时，开关管的电压不是立即从零上升到电源电压，而是

2、有个上升时间，同时它的电流也不是立即下降到零，也有一个下降时间。在这段时间里，电压和电流也有一个交叠区，产生损耗，称之为关断损耗。因此在开关管工作时，要产生开通损耗和关断损耗，统称为开关损耗。开通损耗开通损耗关断损耗关断损耗硬开关电路硬开关电路硬开关的电压和电流波形硬开关的电压和电流波形4 硬开关过程 开通（ AB C ） ：首先在高压vT =VD下，iT从0Io（AB），然后在大电流iT= Io下vT从VD0 （B C ） ，因此开通损耗Pon=vTiT大。 关断（ C B A ）：首先在大电流iT= Io下vT从0VD （CB ），然后在高压vT =VD下，iT从Io 0（B A ），因此

3、Poff= vTiT大。硬开关电路硬开关电路8.1 硬开关、硬开关、LC缓冲软开关和缓冲软开关和LC谐振零开关基本条件（续谐振零开关基本条件（续1）开关轨迹开关轨迹58.1 硬开关、硬开关、LC缓冲软开关和缓冲软开关和LC谐振零开关基本条件（续谐振零开关基本条件（续2） 软开关过程 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；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。 在开关关断前，使其电流减小到零，这就是所谓的零电流关断；在开关关断以前，使其电压保持在零，或者限制电压上升率，从而减小电流与电压的交叠区，这就是所谓

4、的零电压关断。硬开关电路硬开关电路 软开关的电压和电流波软开关的电压和电流波形形零电流开关零电流开关零电压开关零电压开关68.1 硬开关、硬开关、LC缓冲软开关和缓冲软开关和LC谐振零开关基本条件（续谐振零开关基本条件（续3） 有LC缓冲器的软开关过程 开通（ AQEC）：首先在iT =0的情况下， vT 从VDVQ，再在VD=VQVD下从0Io，最后在iT= Io情况下vT 从VQ 0因此PonLr,这样在一个开关周期中，输出电压为Vo不变，If保持为Io不变，这样Lf和Cf以及负载电阻可以看成一个电流为Io的恒流源。p：开关状态：在一个开关周期Ts中，变换器有五种开关状态，每种开关状态对应

5、一个等效电路。零电流关断（零电流关断（ZCS）PWM DC/DC 变换器电路图变换器电路图168.4 零电流关断（零电流关断（ZCSZCS）PWM DC/DC PWM DC/DC 变换器变换器（续（续1） ptt0时，开关状态1前的状态，主开关T1和辅助开关T2处于断态，谐振电容Cr电压为零，续流二极管Do导通，iDo=Io。零电流关断（零电流关断（ZCS）PWM DC/DC 变换器电路图变换器电路图电压、电流波形图电压、电流波形图17q开关状态开关状态1：t0t0，T1被驱动被驱动iT1=iL从零上升至从零上升至Io，续流二极管，续流二极管Do的电流从的电流从Io减小减小到零，到零，t=t1

6、时，时，Do截止，由于有截止，由于有Lr，这期间这期间T1为软开通。在为软开通。在Do导通时导通时vcr08.4 零电流关断（零电流关断（ZCSZCS）PWM DC/DC PWM DC/DC 变换器变换器（续（续2） 电压、电流波形图电压、电流波形图(1) 开关状态开关状态1t0,t1电感充磁阶段电感充磁阶段18q开关状态开关状态2：t1tt2，谐振阶段，谐振阶段I，LrCr谐振半个周期。谐振半个周期。t=t1时，时，iL=Io，vcr=0,Do断开，断开，VD、T1、Lr、D2、Cr形形成谐振电路，在成谐振电路，在t1tIo，D2导电，导电，ic=iL-IO,电压电压VD经经T1、Lr、D2

7、对对Cr谐振充电，经谐振充电，经Tr/2(Tr为谐振周期为谐振周期)到达到达t2时时iL又减小为又减小为Io、vcr达到最大值达到最大值2VD。8.4零电流关断（零电流关断（ZCS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续3）电压、电流波形图电压、电流波形图(2) 开关状态开关状态2t1,t2谐振阶段谐振阶段 I Lr Cr谐振半个周期谐振半个周期19q开关状态开关状态3：t2tt3，电源向负载供电，电源向负载供电阶段。阶段。t=t2开始开始iL=Io，vcr=2VD，D2（iL-Io=0）自然关断，因）自然关断，因T2未被驱动仍处于未被驱动仍处于断态，断态，vcr不能放电，电源不能放电，电源

8、VD经经T1、Lr对对负载供电，如果负载供电，如果Lf很大，则很大，则iT1=iL=If=Io恒定不变。恒定不变。vo=VD， vcr2VD不变。不变。8.4零电流关断（零电流关断（ZCS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续4）（3）开关状态）开关状态3t2,t3电源电源VD向负载供电向负载供电阶段阶段vo=VD电压、电流波形图电压、电流波形图20q开关状态开关状态4：t3tIo则则iL变负经变负经D1返回电源，返回电源，T1断断流流。在在t4-t6期间撤除期间撤除VG1使使T1零电流关断。零电流关断。在在t=t8时，时，vcr=0,同时续流二极管同时续流二极管Do开始开始导电，导电，i

9、Do=Io。8.4零电流关断（零电流关断（ZCS）PWM DC/DC 变换器（续变换器（续5）（4）开关状态）开关状态4t3,t8谐振阶段谐振阶段 Cr谐振放电，谐振放电，直到直到vcr=0，Do导电导电电压、电流波形图电压、电流波形图21q开关状态开关状态5：t8tLr,这样在一个开关周期中，输出电压为Vo不变，If保持为Io不变，这样Lf和Cf以及负载电阻可以看成一个电流为Io的恒流源。p：开关状态：在一个开关周期Ts中，变换器有五种开关状态，每种开关状态对应一个等效电路。24 工作原理:p关断T2后引发LrCr谐振，使主开关管T1的电压vT=0。再对T1施加驱动信号实现T1的零电压开通。

10、8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器（续变换器（续1）零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器电路图变换器电路图25ptt0时，开关状态1前的状态，主开关T1和辅助开关T2处于通态，谐振电容Cr电压为零，续流二极管Do截止，iL=If=Io。在t=t0时撤除T1的驱动信号作为一个开关周期Ts的开始电压、电流波形图电压、电流波形图8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续2）零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器电路图变换器电路图26q开关状态开关状态1：t0tt1，t=t0时关断时关断T1，i

11、T1下降，下降，VT1从从0上升，因上升，因Cr，T1软关软关断；断；tt1时时VT1上升到上升到VD，D0正偏导电，正偏导电，T1关断过程结束。在开关状态关断过程结束。在开关状态1，由于，由于电容电容Cr， vT1=vCr的上升相对于的上升相对于iT1的下的下降是缓慢的，因此主开关管降是缓慢的，因此主开关管T1是软关是软关断。断。8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续3）电压、电流波形图电压、电流波形图(1)t0,t1关断关断T1电容充电阶段电容充电阶段开关状态开关状态127q开关状态开关状态2：t1tt2，T1断态，断态，VcrVT1VD不变。不变。

12、iL经经D2、T2续流，续流，Io经经D0续流。续流。Toff=t2-t1可控，用以调控输出可控，用以调控输出电压。在电压。在t=t2时撤除时撤除T2的驱动信号，由的驱动信号，由于于D0续流导通，续流导通，vt=VD-vcr不会突变，不会突变，故故T2为软开关。为软开关。8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续4）电压、电流波形图电压、电流波形图(2)t1,t2 T1断态、断态、T2通态，通态，D2、Do续流阶段续流阶段开关状态开关状态228q开关状态开关状态3：t2tt3，t=t2时，撤除辅时，撤除辅助管助管T2的驱动信号，由于的驱动信号，由于Do仍然导

13、通，仍然导通，关断关断T2， Lr 、Cr谐振半个周期到谐振半个周期到t3， t=t3时时 VcrVT1VD，iL达到负最大值达到负最大值-Io， Vcr经最大值经最大值VD+IoZr后回到后回到VD8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续5）电压、电流波形图电压、电流波形图(3)t2,t3 T1断态、断态、T2断态，断态，CrLr谐振半周期谐振半周期开关状态开关状态329p开关状态开关状态4：t3tt8，电感电流从电感电流从-Io降降到到0再升到再升到Io，如，如IoZrVD,在在t=t4时刻，时刻，Vcr=0， tt4时刻，二极管时刻，二极管D1导通则

14、当导通则当VT10时时, iT1仍为负值。此后负值仍为负值。此后负值iL经经D1向向VD回送回送电流，直到电流，直到t=t6电流变为零。在电流变为零。在t4t6期期间，间，VT10。若在。若在t5驱动驱动T1，则为零电，则为零电压开通。压开通。8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续6）(4)t3,t8 T1断态、断态、T2断态，断态， VT1变到变到0，电感电，电感电流从流从-Io降到降到0再升到再升到Io电压、电流波形图电压、电流波形图30p开关状态开关状态5：t8tt10，tt9时，开通时，开通T2，此时此时iL=I0不变不变T1已是通态，已是通态， vLvT20，T2是零电压开通。是零电压开通。 t=t10时，关断时，关断T1，T1为软关断，完成一个开关周期为软关断，完成一个开关周期Ts。8.5零电压开通（零电压开通（ZVS）PWM DC/DC 变换器变换器（续（续7）电压、电流波形图电压、电流波形图(5)t8,t10 Do截止、截止、T1通态、，通态、，iT1=Io开关状态开关状态531 在fs1/Ts固定时，控制T2的关断时刻t2，即可改变Toff，从而改变占空比，调控输出电压。零电压开通脉