现代电力电子技术6 soft

第六章 谐振软开关变换器→20kHz革命★开关电路能量变换的两种方式：硬开关：突变、强迫的能量变换；主导10W~500kW变换器Hard

SwitchingSoft

Switching软开关：自然、柔性的能量变换；LC谐振+ZCS/ZVS；80年代：DC-DC广泛应用/DC-AC远未成熟，控制策略：最佳离散脉冲调制相邻空间电流矢量调制离散时间积分型滑模……→绿色革命★硬开关对高频变换的局限iCuCENSOA

LLZVS

fl

di

/

dtZCSfl

du

/

dtCL1、二次击穿限制：参数最佳设计2、热学限制：充分提高开关频率3、缓冲限制：极间电容分布参数可利用，降低成本，提高效率；4、EMI限制：硬开关du/dt、di/dt→EMI①Miller效应：ΔUon大→Ig分流大，偶合干扰∨ZVS②CDS/CE

损耗：开通时CU2OFF/2热损耗于器件内∨ZVS③

易与分布电感振荡 ∨

利用于谐振SS★谐振变换器的分类1、负载谐振变换器：①电压源型串联谐振变换器：串联负载谐振变换器（SLR）并联负载谐振变换器（PLR）混合谐振变换器②电流源型并联谐振变换器（感应加热SCR）③E类谐振变换器2、谐振开关（准谐振）变换器：①谐振开关DC-DC变换器：零电流开关变换器（ZCS）零电压开关变换器（ZVS）②零电压开关电压钳位（伪谐振）变换器（ZVS-CV）3、谐振直流环变换器4、高频环整数半波变换器§6-1

负载谐振变换器1★

SLR串联负载谐振变换器谐振等效电路：UiUoRLABCS1

D1D4D3

D5D6CUi/2Ui/2LiiLC3C1C2S2

D2CuLiCuAC

Ui/2Uo

=

-

i

=

+

i

L=

-

i

-

UOuACuAB=

+

i

-

UOUuACUuAB222U2U

S1

=

ON

D2

=

ONi

>

0

=

+

i

OACAB=

+

i

+

UOUuACuABu

=

-

Ui

+

Uu

=

-

Ui22

D1

=

ON22U

S

2

=

ONiL

<

0★导电规律：diL=

UACL

+

uCdtdtduCC=

iL解：w

0

=

1

/

LCZ0

=

L

/

CIL0

UC

0特征阻抗ZU

AC

-

UC

0sin

w

0

(t

-

t0

)iL

(t)

=

IL0

cos

w

0

(t

-

t0

)

+0uC

(t)

=

UAC

-

(U

AC

-

UC

0

)

cosw

0

(t

-

t0

)

+

Z0

IL0

sin

w

0

(t

-

t0

)1、断续运行方式（Ts>2To）w

0

tUi-UiTSS1

D1S2D2180

180180180t1t2

t32UO0-2UO全关断iLuCTOiLACUi/2UoBiLACUi/2UoBACiLUi/2UoBAiLCUi/2UoBOAC-

U=

Ui2t

=

0

~

t1

uIL0

UC

0=

0

=

-2UO★OACu

=

Ui

+Ut

=

t1

~

t

2=

Ui2UC

0IL0=

0t1

=

0★uC

(t1)

=

UiiOL0Z0sinw

tU

+

U

/

2i

(t)

=U

UC

OO

022u

(t

)

=

( i

-

U

)

-

( i

+

U

)

cos

w

tuC

(t

2)

=

2UOZL00sin

w

tUO

-Ui

/

2i

(t)

=UUiOOiC022)

cosw

t+

U

)

-

(U

-u

(t

)

=

(断续运行方式（Ts>2To）w

0

tUi-2UO-UiTSS1

D1S2D2180

180180180t1t2

t32UO0全关断iLuCTO★D：ZC开通、关断★S：S关断后并联D续流ZV+ZC关断★S：开通前全关断，S悬空ZV+ZC开通UiUoRABCS1

D1S2

D2D4D3

D5D6L

CUi/2Ui/2LiiLC3C1C2CuS

可采用半控开关器件★调节全关断时间可调节输出电流iLACUi/2UOBACiLUi/2UOBACiLUi/2UOBiLACUi/2UOBw

0

tTSS1

D1S2D2<

180t1t2t30iLuC<

TO2、连续运行方式—1（To

<

Ts

<

2To）★S：非ZC、非ZV开通；但ZC+ZV关断UiUoRABCS1

D1S2

D2D4D3

D5D6L

CUi/2Ui/2LiiLC3C1C2Cu★

D：ZC开通但0和t2时，S1、S2流过

D2、D1的反向恢复电流（S非ZV开通）3、连续运行方式—2（

Ts

<

To）UiUoRLABCS1

D1S2

D2D4D3

D5D6CUi/2Ui/2LiiLC3C1C2CuS1D2S2D10ACiLUi/2UoBACiLUi/2UoBiLACUi/2UoBACiLUi/2UoBuCTSiLt1t

2t3w

0

t<

TO

/2S强迫关断SZC+ZV开通SLR

的频率调节特性w

0

tUi-2UO-UiTSS1

D1S2D2180

180180180t1t2

t32UO0全关断iLuCTO断续模式★断续模式的电流源特性UiUoRS1ABCD1S2

D2D4D3

D5D6L

CUi/2Ui/2LiiLC3C1C2Cuf

s/f

oIo1.00.50Uo=0.2UiUo=0.8UiZVSZCS连续模式f

sIoUo/Ui0.20.8fs反比于全关断时间☆SLR谐振的缺点：S、L峰值电流较大2并联负载谐振变换器★PLR谐振等效电路：UiUoRABCS1

D1S2

D2D4D6CUi/2Ui/2LiiOC3C1C2CL

iD3

D5

L1iLiCACUi/2IOBdt-

L

diLuC

=

UABiL

-

iC

=

IOdt

2d

2

idtduiC

=

C C

=

-LC

L

22dt

2d

2iiL

=

w

0

IO L

+w

0w

0

=

1

/

LCZ0

=

L

/

CIL0

UC

0ZL0UAB

-UC

0iL

(t)

=

IO

+

(Isinw

0

(t

-

t0

)-

IO

)

cosw

0

(t

-

t0

)

+0uC

(t)

=

UAB

+

(UAB

-

UC

0

)

cos

w

0

(t

-

t0

)

+

Z0

(IL0

-

IO

)

sin

w

0

(t

-

t0

)★导电规律：△设电感L1足够大，Ts内电流恒定：

2=

-

i

AB=

+

i

2UUuAB

S1

/

D1

=

ON

:

S

2

/

D2

=

ON

:

u断续运行方式（Ts>2To）UiUoRABCS1

D1S2

D2D4D3

D5D6CUi/2Ui/2LiiOC3C1C2CL

iL1w

0

tTSS1D1S2D2t1t2IO0iLuCt3t4t5全关断全关断iLCiACUi/2IoBACUi/2IoBIoiLACUi/2BuC

=

0ACUi/2BIo★S：开通前全关断，S悬空ZV+ZC开通★S：S关断后并联D续流ZV+ZC关断★D：ZC开通、关断深色线为直线PLR

的频率调节特性断续模式★断续模式的电压源特性连续模式UiUoRABCS1

D1S2

D2D4D6CUi/2Ui/2LiiOC3C1C2L

iCD3

D5

L1w

0

tIOTSS1D1S2D2t1t20iLuCt3t4t5全关断全关断f

s/f

oUo1.00.50Io=0.2IBaseIo=0.8IBaseZVSZCS0ZIBase=

Ui

/

2f

sUoIo/IBase0.20.8☆PLR谐振的缺点：

C峰值电压较大3E类负载谐振DC-AC变换器★

S：ZC+ZV

ONZV

OFFC1CLRL1OiiiiCiSSUiiOIi-Iiw

0

tiSiCuCUiw

0

tw

0

tw

0

t0.5TsUi

=UC0.5TsS=OFFS=ONiS

=

ii

+iOiC

=

ii

+iOCLROiSiiCIiC1CLROi

iSiCS★AC输出调节：Sf0Z

>>

ZiO

/

pO★最佳控制模式：①L1足够大，Ts内电流恒定；②开关频率=串联谐振频率+；③

D=0.5④t=Ts时使duc/dt=0

即ic=0，否则S并二极管，保证ZCon为次最佳模式。§6-2

开关（准）谐振变换器1ZCS

谐振开关变换器（Buck例）iCw

0

tuDw

0

tw

0

t1iSIOuCUiUOw

0

t2UiUi-UiUi

-uC234IODTDiiSUiIouC

=UiU