零电压开关准谐振电路
LC谐振零开关基本特性
开通：加入+VG后开关管从断态（rT＝∞）
→ 通态（rT ＝0）的过程
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
关断：无VG后开关管从rT＝0的通态 → rT＝∞的断态的过程。 1
3.3 LC谐振零开关基本特性(续1)
iT
+ VT T
A
Lf If = Io
Io
Cf
Vo
主电路开关管处于 断态时，引发Lr，
ZVS-PFM
iL
I f =I o
Do Cf
Vg2
+
+
ic
R
-
Cr
ZCS-PWM
ZCS-PFM
6
3.5.1零电压开通准谐振变换器ZVS QRCs
D1
iT
+ - T1
Vd
Lr
A
Lf If=Io
Vg
0
Cf R
i
L
D
i
c
Cr
iT iD
( a )电路
iD iT
0
( b )驱动波形
Vg Ts
t
iT i D1
t=t0：关断T1，iT1下降，vT1=vcr从零上升， Cr使T1软关断
t＝t1：iT下降到零，ic使Cr充电，vcr＝ vT1上升到VD，iL经D2、T2续流，I0经D0续流， T1关断过程结束，电路进入断态，vo =0 9
3.5.2 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器（2）
开关状态2：t1<t<t2
T1断态，vcr＝vT1＝VD，
iL经D2、T2续流。Io经D0续流。 在Toff期间输出电压断态，v0=0
1 2 Lr C r
零电压持续时间可控的并联谐振直流环节软开关逆变器
拓扑 ， 以其结 构 简单 、 控 制 方 便 而 受 到 研 究 者 的关
注， 是 目前 软 开关 逆 变 器 拓 扑 研 究发 展 的主 流 。研 究人 员 已经提 出了多种 并联 谐振 直 流环节 软 开关逆 变器 的拓扑结 构 ¨ ， 推 动 了并 联谐 振 直 流 环 节软
向为 正 根 据需 要任 意调 整 ， 其零 电压 持续 时 间取决 于负 载 电流和谐 振 参 数 ， 所 以不 能 根 据 实 际需 要 来
灵活 调整 脉宽 调制 策 略 。 本文 提 出 了一 种 零 电压 持 续 时 间可 控 的 并 联
靠， 而 且 通 过 控 制 辅 助 开 关 的 开 通 时 间 和 关 断 时
图１ 三相 谐 振 直流 环节 逆 变 器 主 电 路
Ｆｉ ｇ ．１ Ｐｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｔ ＤＣ Ｌ ｉ ｎ ｋ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
谐振 直 流 环 节 软 开 关 逆 变 器 的 拓 扑 结 构 ， 弥 补 了
上述 提 及 的 不 足 ， 且具 有 以下 特 点 ： １ ） 直 流 母 线 之
间 没有 串联 分 压 电 容 ， 无 中性 点 电 位 的 变 化 问题 ； ２ ） 逆 变器 桥 臂 在 工 作 过 程 中不 需 要 短 路 ， 控 制 可
样机 ， 通 过 实 验 来 验 证 本 文 提 出 的 新 型 拓 扑 结 构
的有 效 性 。
— 、 Ｓ ａ ， Ｄ ｊ 蝌 ０
图 ２ 逆 变 器 的 等 效 电路
Ｆ ｉ ｇ ．２ Ｅｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｔｅ ｒ ｒ
Boost ZVS软开关电路
Boost ZVS软开关电路实验电路原理及实验线路准谐振零电压软开关电路的基本思想是：谐振电容Cr基本上是与开关管Q1并联的，在开关管导通时，谐振电容Cr上的电压为零；当开关管关断时，Cr限制开关管上电压的上升率，从而实现开关管的零电压关断；当开关管导通时；Lr和Cr谐振工作使Cr上的电压回到零，从而实现开关管的零电压开通。
其工作原理如图3-69所示：图3-69工作原理及波形图在一个开关周期T r中，该变换器有四种开关状态。
在分析之前，作出如下假设：①所有开关管、二极管均为理想器件；②所有电感、电容和变压器均为理想元件；、③L f>>L r；④L f足够大，在一个开关周期中，其电流基本保持不变，为I i，这样L f和输入电压V in可以看成一个电流为I i的恒流源；⑤C f足够大，在一个开关周期中，其电压基本保持不变，为Vo，这样C f和负载电阻可以看成一个电压为Vo的恒压源。
这里给出以下物理量的定义：①特征阻抗②谐振角频率③谐振频率④谐振周期1．电容充电阶段[t0,t1]在t0时刻之前，开关管Q1导通，输入电流I i经过Q1续流，谐振电容Cr，上的电压为O。
D1处于关断状态，谐振电感Lr的电流为零。
在t0时刻，关断Q1，输入电流I i从Q1中转移到Cr中，给Cr充电，电压从O开始线性上升，由于Cr的电压是慢慢开始上升的，那么Q l就是零电压关断。
在此开关模态中，Cr的电压为：在t1时刻,Vcr上升到输出电压Vo，开关模态1结束，它的持续时间为：2．谐振阶段[t1,t2]从t1时刻起，D1开始导通，Lr与C r谐振工作，谐振电感电流i Lr从O开始增加，i Lr和Vcr的表达式为：经过T r/2，到达t1a时刻，i Lr等于I i，此时Vcr到达最大值Vcrmax。
V crmax=Vo+I i Z r从t1a时刻开始，i Lr大于I i，此时Cr开始放电，其电压开始下降。
在t1b时刻，V Cr减小到O，并且开始变为负电压；在t2时刻，V Cr从负电压上升到O，此时开通Q l，则Q1为零电压开通。
5.3-zvs准谐振buck_boost
全波ZVS准谐振Boost变换器：
Va f n VS fS
28
零电压开关准谐振Boost变换器——例题1
例 下图所示的 ZVS 准谐振Boost变换器，输入电压为
12 V，输出电压为24 V，负载电阻为6Ω。谐振电感Lr和 谐振电容Cr的值分别为2μH和79nF。求解： (1) 开关频率fs； (3) 谐振电感峰值电流； (2) 谐振电容被充电时间； (4) 谐振电容峰值电压。
25
零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
谐振电感电流：
diLr
Va dt Lr
iLr (t2 ) IS (1 cos )
Lr IS (1 cos ) T3 Va
26
零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
阶段4（ t3 ＜ t ≤ TS）
t3 时刻，谐振电感电流下降 0，阶段 4 开始 Dfw 反向偏置，关断
t1 时刻，Cr 上电压被充到 VS，阶段2开始： Dfw 开通， Lr 上电流正弦下降
7
零电压开关准谐振Buck变换器——工作原理
谐振电感电流：
diLr dt
(VS vCr (t )) Lr iLr (t ) Cr
iLr (t1 ) I 0
8
i Lr (t ) I 0 cos n t
零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
电路的构成：
全波 ZVS 准谐振 Boost 变换器电路图
17
零电压开关准谐振Boost变换器——工作原理
假定：
1、Boost 变换器输入可视为恒定电流源：IS，提供能量给负 载电压 Va；
2、开关器件为理想开关：导通无压降，关断无漏电流， 且开通关断均无延时；
电力电子技术简答题
1。
晶闸管导通和关断的条件是什么?。
晶闸管可否作线性放大器使用？为什么？要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
晶闸管不能作线性放大器使用。
因为它只有两种状态（导通和截至），没有晶体管、场效应管那样的线性工作区（放大状态）2。
在有源逆变的整流系统中，逆变颠覆的原因是什么?答:逆变运行时，一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。
防止逆变夫败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 等.逆变失败的原因：触发电路工作不可靠,不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲,如脉冲丢失、脉冲延时等,致使晶闸管不能正常换相.晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。
交流电源缺相或突然消失。
换相的裕量角不足,引起换相失败。
3。
谐振开关逆变技术的主要思想是什么？主要解决电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关频率可以大幅度提高。
通过在开关过程前引入谐振，使开关开通前电压先降到零,关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗。
同时，谐振过程限制了开关过程中的电压和电流的变化率，这使得开关噪声也明显减小。
4。
简述现代电力电子技术主要研究的内容及其应用领域.现代电力电子技术，是弱电和强电的接口,是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
因此，其主要研究内容为：利用大功率电子器件对电能进行变换和控制，分为电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术即交流技术还有电力电子制造技术.应用领域：电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业,也广泛应于于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等,在照明、空调等家用电器及其他领域也有着广泛的应用。
软开关技术4-3简版
V in
v Cr Q
1
1
D Q1
Cr
Cf
V R0
0
半波模式
全波模式
工作原理：
开关关断时，由于电容Cr的作用，Q1在零电压下关断， Q1关断后，电感Lr与电容Cr谐振，使Q1两端的电压呈近似正 弦波，当电容电压谐振到零时，Q1可在零电压下导通。
工作波形
v
Lr
gs
D1
i Lr
t v Cr V V i
V+
R4 10 D2 Dbreak C2 10u R1 15
V-
0
Buck ZVS QRCs 仿真电路及主要波形
t 1b
t2 t3
t4
半波模式
全波模式
★ S：ZV
ZV
ON OFF
Buck ZVS QRCs 半波模式仿真电路
D1 Dbreak
C1 800p
V+ V-
M1 IRFP460
L1 1 5uH
I
L2 2 1 150uH 2
R2 10k V1 60V V1 = 0 V2 = 15 TD = 0.01u TR = 0.01u TF = 0.01u PW = 0.6u PER = 1.2u V2
V in
v ds
t
V in
t 0 t1
t1 a t 2
t3
串联二极 管所承受
t
t4
t0
t1
t1 a t1 b
t2 t3
t4
（a）半波模式
（b）全波模式
Buck ZCS QRCs 仿真电路及主要波形
Q1 IRFP460
D2 1 Dbreak R2 10k
零电压开关准谐振电路
Ui
C
图 8-7 零转换PWM电路的基本开关单元 a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元
■零转换PWM电路 ◆电路中采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与 主开关并联的，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电 路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态，而且 电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。 ◆分类 ☞零电压转换PWM电路（Zero-Voltage-Transition PWM Converter— ZVT PWM） ☞零电流转换PWM电路（Zero-Current Transition PWM Converter— ZVT PWM）
8
8.2 软开关电路的分类
◆准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为 准谐振。 ◆开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题 ☞谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高。 ☞谐振电流的有效值很大，电路中存在大量的无功功率 的交换，造成电路导通损耗加大。 ☞谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只 能采用脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation— PFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困 难。
Cr S Ui S1 Lr VD a) C R L S Ui Lr S1 Cr b) VD C R L
图8-6 零开关PWM电路 a）零电压开关PWM电路 b）零电流开关PWM电路 10
8.2 软开关电路的分类
Lr Cr S 1 S VD1 a) L VD C S VD1 b) Lr Cr S1 L VD R Ui R
图8-4 软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程 5
7.3 典型的软开关电路
段 S 两端电压为零，所以必须在这一时段使开关 S 开通，才不会产生开通损耗。 t5~t6 时 段 ： S 为 通 态 ， iLr 线 性 上 升 ， 直 到 t6 时 刻 ， iLr=IL， VD 关 断 。 t4 到 t6 时 段 电 流 iLr 的 变 化 率 为 ：
d iLr U i dt Lr
S1 A Ui S2
CS1 S3 Lr CS2 B S4
CS3
VD1 VD2
+ uR -
L C R
CS4
图 7 - 14 移 相 全 桥 零 电 压 开 关 PW M 电 路
S1 O S2 O S4 O S3 O O uLr O iLr O uT1 O uR O iL O iVD1 O iVD2 O t8 t9 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t0 t t t t t t t t t t
r
1 , Lr Cr
t [t1 , t4 ]
（ 7-4）
uCr 的 谐 振 峰 值 表 达 式 （ 即 开 关 S 承 受 的 峰 值 电 压 ） ：
Up Lr 2 I L Ui Cr
（ 7-5）
零电压开关准谐振电路实现软开关的条件：
Lr 2 I L Ui Cr
7.3.4 零 电 压 转 换 PWM 电 路
零 电 压 转 换 PW M 电 路 具 有 电 路 简 单 、 效 率 高 等 优 点 。 工 作 过 程 ： 辅 助 开 关 S1 超 前 与 主 开 关 S 开 通 ， S 开 通 后 S1 关 断 。 t0~t1 时 段 ： ， S 1 导 通 ， V D 尚 处 于 通 态 ，电 感 L r 两 端 电 压 为 U o ，电 流 i L r 线 性 增 长 ， V D 中 的 电 流 以 同 样 的 速 率 下 降 。 t1 时 刻 ， iLr=IL， VD 中 电 流 下 降 到 零 ， 关 断 。 t 1 ~ t 2 时 段 ：L r 与 C r 构 成 谐 振 回 路 ，L r 的 电 流 增 加 而 C r 的 电 压 下 降 ，t 2 时 刻 u C r = 0 ， V D S 导 通 ， uCr 被 箝 位 于 零 ， 而 电 流 iLr 保 持 不 变 。 t2~t3 时 段 ： uCr 被 箝 位 于 零 ， 而 电 流 iLr 保 持 不 变 ， 这 种 状 态 一 直 保 持 到 t3 时 刻 S 开 通 、 S1 关 断 。 t3~t4 时 段 ： t3 时 刻 S 开 通 时 ， 为 零 电 压 开 通 。 S 开 通 的 同 时 S1 关 断 ， Lr 中 的 能 量 通 过 VD1 向 负 载 侧 输 送 ， 其 电 流 线 性 下 降 ， 主 开 关 S 中 的 电 流 线 性 上 升 。 t4 时 刻 iLr=0， VD1 关 断 ， 主 开 关 S 中 的 电 流 iS=IL， 电 路 进 入 正 常 导 通 状 态 。 t4~t5 时 段 ： t5 时 刻 S 关 断 。 Cr 限 制 了 S 电 压 的 上 升 率 ， 降 低 了 S 的 关 断 损 耗 。
零电压开关准谐振电路原理
零电压开关准谐振电路原理
零电压开关准谐振电路是一种电路结构，用于实现高效率的电压转换。
在该电路中，通过控制开关管的导通和截止，使得电感和电容形成一个准谐振回路。
当开关导通时，电感储存能量，当开关截止时，电感释放储存的能量，从而实现电压转换。
该电路的原理是利用开关管的导通和截止，使得电感和电容之间的能量转移达到最大化。
当开关导通时，电流流经电感，此时电感储存了能量。
当开关截止时，电感的磁能转化为电容的电能，从而实现电流的反向传输。
通过控制开关的导通和截止时间，可以使得电感和电容之间的能量转移损耗最小，从而实现高效率的电压转换。
零电压开关准谐振电路的主要优点是转换效率高，损耗小。
同时，由于采用了准谐振结构，可以实现高频操作，从而减小电路的尺寸和成本。
因此，该电路被广泛应用于电力传输和电压转换等领域。
《新能源汽车电力电子技术》教案第16课了解软开关技术
课题了解软开关技术课时2课时(90min)教学目标知识目标：了解软开关技术。
技能目标：能正确测试零电流开关准谐振电路。
素质目标：（1）树立民族自尊1＞、自豪感和文化自信.教学重难点教学重点：软开关的工作原理，典型软开关电路的构成和工作原理教学难点：典型软开关电路的构成和工作原理教学方法讲授法、问答法、讨论法、实践教学法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤考勤【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因任务导入【教师】提出问题，随机邀请学生回答你听说过软开关吗？了解什么是软开关和软开关的应用场合吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生回答，讲述“任务导入”的相关内容现代电力电子技术的进步对电力电子装置的性能提出了更高的要求，电力电子装置将会朝着小型化、轻星化的方向发展,并且要求有更高的效率和良好的电磁兼容性，而实现上述目标的有效途径就是提高电路的工作频率.传统的开关器件工作在硬开关状态，在提高开关频率的同时也增加了开关损耗和电磁干扰。
而软开关应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按正弦或准正弦规律变化，在电流自然过零时使器件关断（或电压为零时，使器件开通），有效地减少了开关损耗，同时还能解决由硬开通引起的电磁干扰问题。
软开关技术的发展和应用使电力电子装置的高效率、高可靠性、高频化和小型轻量化成为可能。
【学生】聆听、理解、记忆传授新知【教师】讲解新知6.3.1软开关的工作原理1.硬开关与软开关根据开关器件工作状态的不同，可将其分为硬开关和软开关两种。
I）硬开关的开关过程【教师】展示“硬开关的工作波形”图片（详见教材），讲解新知硬开关是指开关器件在开通和关断过程中，流过器件的电流和器件两端的电压同时发生变化.在硬开关的开关过程中，会出现电压与电流重叠的情况，导致开关损耗的产生。
同时，由于电压、电流的变化剧烈，因此在硬开关的工作波形上出现明显的过冲，导致开关噪声的产生。
BOOST ZVS软开关谐振电路
实验报告课程名称：电力电子技术2 指导老师：王正仕 愈勇祥 成绩：__________________ 实验名称：Boost ZVS 软开关电路 同组学生姓名：王道翔一． 实验目的1．加深对零电压准谐振软开关电路工作原理的理解； 2．了解零电压准谐振软开关电路的调试方法； 3．了解零电压准谐振软开关电路的优缺点。
二． 实验电路原理及实验线路准谐振零电压软开关电路的基本思想是：谐振电容Cr 基本上是与开关管Q1并联的，在开关管导通时，谐振电容Cr 上的电压为零；当开关管关断时，Cr 限制开关管上电压的上升率，从而实现开关管的零电压关断；当开关管导通时；Lr 和Cr 谐振工作使Cr 上的电压回到零，从而实现开关管的零电压开通。
其工作原理如图3-69所示：图3-69工作原理及波形图在一个开关周期T r 中，该变换器有四种开关状态。
在分析之前，作出如下假设： ①所有开关管、二极管均为理想器件；②所有电感、电容和变压器均为理想元件； 、 ③L f >>L r ；④L f 足够大，在一个开关周期中，其电流基本保持不变，为I i ，这样L f 和输入电压V in专业：电子信息工程 姓名：唐圣鹏学号：3100103853 日期：2014.6.4 地点：教2 125可以看成一个电流为I i的恒流源；⑤C f足够大，在一个开关周期中，其电压基本保持不变，为Vo，这样C f和负载电阻可以看成一个电压为Vo的恒压源。
这里给出以下物理量的定义：①特征阻抗②谐振角频率③谐振频率④谐振周期1．电容充电阶段[t0,t1]在t0时刻之前，开关管Q1导通，输入电流I i经过Q1续流，谐振电容Cr，上的电压为O。
D1处于关断状态，谐振电感Lr的电流为零。
在t0时刻，关断Q1，输入电流I i从Q1中转移到Cr中，给Cr充电，电压从O开始线性上升，由于Cr的电压是慢慢开始上升的，那么Q l就是零电压关断。
在此开关模态中，Cr的电压为：在t1时刻,Vcr上升到输出电压Vo，开关模态1结束，它的持续时间为：2．谐振阶段[t1,t2]从t1时刻起，D1开始导通，Lr与C r谐振工作，谐振电感电流i Lr从O开始增加，i Lr和Vcr的表达式为：经过T r/2，到达t1a时刻，i Lr等于I i，此时Vcr到达最大值Vcrmax。
零电压开关准谐振变换器及UC3861_3868系列控制器的应用_朱富生
IO′=IO /N
VO′=VO N ZO′=ZO N 2 为了满足谐振条件 Ir <IO′, 谐振电流 Ir 和谐振回路阻抗 Zr 应为 : Ir ≤IO ′=IO /N
Z
≤VI′Oin
m ax min
=V in maxN IO
与半桥变换器一样 , 在谐振状态下 , 谐振 电容两端的电压 (即功率 M OSFE T 承受的 反向电压)有可能超过电源输入电压 Vin 。但 是 , 通过 M OSF ET 的体二极管或外接的二
图 10 零电压开关准谐振全桥变换器基本电路
图 11 零电压开关准谐振全桥变换器工作波形
-24 - 《国外电子元器件》1997 年第 10 期 1997 年 10 月 谐振电源专辑
VO
=t
01
V int 34 +t 02 +t
34
= t
V
03
tin 34 +t34
由此式可得出 :
t 34
=V
V
in
O t 03 -V
O
在功率传输状态下 , 各元件的工作状态 及承受的电压和电流如表 5 所列 。
2 、零电压开关准谐振单端正激变 换器
零电压开关准谐振单端正激变换器原理 电路如图 5 所示 。可以看出 , 在功率开关管 V T1 两端并联一只谐振电容 Cr , 并且高频变 压器 T r1 的磁化电感和漏电感等于所需的 谐振电感 Lr , 普通的 PWM 型单端正激变换 器即变 为零电压开关准谐振单端正 激变换 器 , 该变换器的工作波形如图 6 所示 。
t1 以前 , 续流二极管 V DO 不导通 , V DO 两端电压从 t0 时的 Vin 线性下降到零 。在这 个过程中 , 输入电压源提供全部输出电流 。在 t1 瞬间 , 谐振电感和谐振电容开始谐振 , 谐振 电感 L r 中的电流 ILr 开始减小 , 谐振电感两 端电压 VLr 改变极性 , 续流二极管 V D o 开始 导通 , V DO 两端电压 VVDO 等于零 。此时 , 滤波 电感 LO 中的贮能通过续流二极管 V D o 释 放 , 以便维持恒定的输出电流 IO 。在此过程 中 , 续流二极管中的电流 IVDO 逐渐增加 , 滤波 电感 LO 中的电流开始线性减小 , 参见图 2 。
Boost_ZVS软开关电路
Boost ZVS软开关电路实验电路原理及实验线路准谐振零电压软开关电路的基本思想是：谐振电容Cr基本上是与开关管Q1并联的，在开关管导通时，谐振电容Cr上的电压为零；当开关管关断时，Cr限制开关管上电压的上升率，从而实现开关管的零电压关断；当开关管导通时；Lr和Cr谐振工作使Cr上的电压回到零，从而实现开关管的零电压开通。
其工作原理如图3-69所示：图3-69工作原理及波形图在一个开关周期T r中，该变换器有四种开关状态。
在分析之前，作出如下假设：①所有开关管、二极管均为理想器件；②所有电感、电容和变压器均为理想元件；、③L f>>L r；④L f足够大，在一个开关周期中，其电流基本保持不变，为I i，这样L f和输入电压V in可以看成一个电流为I i的恒流源；⑤C f足够大，在一个开关周期中，其电压基本保持不变，为Vo，这样C f和负载电阻可以看成一个电压为Vo的恒压源。
这里给出以下物理量的定义：①特征阻抗②谐振角频率③谐振频率④谐振周期1．电容充电阶段[t0,t1]在t0时刻之前，开关管Q1导通，输入电流I i经过Q1续流，谐振电容Cr，上的电压为O。
D1处于关断状态，谐振电感Lr的电流为零。
在t0时刻，关断Q1，输入电流I i从Q1中转移到Cr中，给Cr充电，电压从O开始线性上升，由于Cr的电压是慢慢开始上升的，那么Q l就是零电压关断。
在此开关模态中，Cr的电压为：在t1时刻,Vcr上升到输出电压Vo，开关模态1结束，它的持续时间为：2．谐振阶段[t1,t2]从t1时刻起，D1开始导通，Lr与C r谐振工作，谐振电感电流i Lr从O开始增加，i Lr和Vcr的表达式为：经过T r/2，到达t1a时刻，i Lr等于I i，此时Vcr到达最大值Vcrmax。
V crmax=Vo+I i Z r从t1a时刻开始，i Lr大于I i，此时Cr开始放电，其电压开始下降。
在t1b时刻，V Cr减小到O，并且开始变为负电压；在t2时刻，V Cr从负电压上升到O，此时开通Q l，则Q1为零电压开通。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =(rad)=(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=(rad)=(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=(rad)=(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=(rad)=(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=(rad)=(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
准谐振资料开关电源
Quasi-Resonant (准谐振) Converter Topology :简介：Advantage：1)可以降低MOSFET 开关损耗，从而提高可靠性2)可以改善EMI 特性，在增加功率传输效率的同时减少EMI 干扰，减少滤波器使用数量，降低成本备注：谐振电路的定义—在具有R 、 L、 C 的交流电路中，电路两端的电压和电流位相一般是不同的，如果通过变更L 、C的参数或电源频率使其达到电压与电流的位相相同，此时电路呈现纯电阻性，这种状态就叫做谐振。
在这种情况下，电路的电阻值达到极值（最大或者最小）。
谐振分为串联谐振和并联谐振。
3)当工作在 discontinuous conduction mode 时，转换器会侦测到drain （漏极）电压波谷并在drain电压最小时开启MOSFET.当工作在 continuous conduction mode 时，转换器会工作在固定工作频率。
工作机理：1）当MOSFET 在导通时（Ton），输入电压Vin加在初级线圈上 Lm ，此时MOSFET 电流Ids 从0线性增加至最大值Ipk，在这段时间内，能量储存在初级电感，为（Lm*Ipk*Ipk）/2 .2）当MOSFET 关闭时，储存在线圈中的能量导致次级输出端的整流二极管开启。
在二级管开启的时间内（Td），输出电压Vo施加在次级线圈上，此时整流二极管的电流从最大值Ipk*Np/Ns线性减少, 而此时输入电压Vin和次级线圈反馈到初级线圈的点烟V0*Np/Ns 叠加到FET 上。
3）当二极管电流降至0时，FET的Vds 电压通过初级线圈Lm以及FET 的输出电容Coss以振幅V0*Np/Ns开始共振。
当Vds达到最小值时，准谐振开关开启MOSFET。
这样就可以减少由于漏极与源极之间的电容导致的开关损益。
这就是所谓的ZVS .4）当输出负载减少或者输入电压增大的时候， MOSFET 的Ton会减少并且开关频率增加。
准谐振、零电流开关DC
准谐振、零电流开关DC为了减小体积和重量，60年代出现了开关频率高于市电工作频率的开关转换器。
最初，开关转换器的工作频率在20 kHz – 30 kHz 之间。
70年代以后，随着先进器件(比如高速晶体管)的推广应用，开关频率可达到超过100 kHz。
但是，随开关频率升高而增大的开关损耗，严重影响开关转换器的性能。
为了减小开关损耗，出现了开关频率高达 1 MHz 的准谐振、零电流开关(ZCS) DC-DC 转换器。
每个开关器件均在零电流时导通与关断，这样开关损耗只与导通电流有关而与开关频率无关。
在每个开关周期内，转换器都向输出端传输高频能量。
目前，开关转换器通常都封装成高功率密度的砖式模块，如图1 所示。
电源系统设计师在选择DC-DC转换器模块时，通常只考虑体积、效率和价格，但很少考虑电路结构。
由于目前转换器采用的电路结构(基本的电源转换电路)有许多种，所以了解转换器的电路结构，有助于选择适当的转换器。
图1 - 高密度DC-DC 转换器模块，根据输入电压、输出电压和输出功率不同，转换器模块有上千种组合。
这里显示的是体积最小的模块；尺寸为2.28 x 1.45 x 0.5 英寸(57.9 x 36.8 x 12.7 mm)，最大输出功率可达150 W。
本文主要说明准谐振、零电流开关DC-DC 转换器的电路结构和工作原理。
还讨论各种电路结构的不同特点和某些优点。
图2 是一个准谐振、零电流开关DC-DC 转换器的简化电路图。
由于单只固体开关导通时，能量由电源传输到负载，所以这种转换器称为单端正激转换器。
该转换器为准谐振转换器，开关在零电流处转换，真正消除了开关损耗。
但是，它又与谐振转换器不同，电容器Cr 中贮存的能量不能返回到电。
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8.1 软开关的基本概念
8.2 软开关电路的分类
8.3 典型的软开关电路
8.4 软开关技术新进展
本章小结
引言
■现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对 装置的效率和电磁兼容性也提出了更高的要求。 ■电力电子电路的高频化 ◆可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装 置小型化、轻量化。 ◆开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。 ■软开关技术 ◆降低开关损耗和开关噪声。 ◆使开关频率可以大幅度提高。
8.1.1 硬开关与软开关
■软开关 ◆软开关电路中增加了谐振电感Lr和谐振电容Cr，与滤波电感L、电容C相 比，Lr和Cr的值小得多，同时开关S增加了反并联二极管VDS，而硬开关电路 中不需要这个二极管。 ◆降压型零电压开关准谐振电路中，在开关过程前后引入谐振，使开关开 通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中电压、电流的 重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限值了开关过程中 电压和电流的变化率，这使得开关噪声也显著减小。
关断过程 开通过程
S
Cr S Lr VDS Ui VD C R A L
uS (uCr)
O
t t t t t0 t1 t2 t3t4t5 t6
b)
u u u i 0 P 0
a)
i
u i i
u
u t t
O iS O iLr O uVD O
t t
0 P 0
b)
t0
t
a)
图8-3 降压型零电压开关准谐振电路及波形 a）电路图 b）理想化波形
8
8.2 软开关电路的分类
◆准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波，因此称之为 准谐振。 ◆开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题 ☞谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高。 ☞谐振电流的有效值很大，电路中存在大量的无功功率 的交换，造成电路导通损耗加大。 ☞谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只 能采用脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation— PFM）方式来控制，变频的开关频率给电路设计带来困 难。
7
8.2 软开关电路的分类
Cr谐振电路
Lr
Cr1 L S VD Cr2 Lr L VD
b)
图 8-5 准谐振电路 b）零电流开关准谐振电路
c)
c）零电压开关多谐振电路
■准谐振电路 ◆分类 ☞零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter—ZVS QRC） ☞零电流开关准谐振电路（Zero-Current-Switching Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC） ☞零电压开关多谐振电路（Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter—ZVS MRC） ☞用于逆变器的谐振直流环节（Resonant DC Link）
6
8.2 软开关电路的分类
■软开关电路的分类 ◆根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是 零电流关断，可以将软开关电路分成零电压电路 和零电流电路两大类，个别电路中，有些开关是 零电压开通的，另一些开关是零电流关断的。 ◆根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路 分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换 PWM电路。
Ui
C
图 8-7 零转换PWM电路的基本开关单元 a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元
■零转换PWM电路 ◆电路中采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与 主开关并联的，因此输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电 路在很宽的输入电压范围内和从零负载到满载都能工作在软开关状态，而且 电路中无功功率的交换被削减到最小，这使得电路效率有了进一步提高。 ◆分类 ☞零电压转换PWM电路（Zero-Voltage-Transition PWM Converter— ZVT PWM） ☞零电流转换PWM电路（Zero-Current Transition PWM Converter— ZVT PWM）
2
8.1 软开关的基本概念
8.1.1 硬开关与软开关 8.1.2 零电压开关与零电流开关
3
8.1.1 硬开关与软开关
■硬开关 ◆开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗。 ◆电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关 噪声。 ◆开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高 时，开关损耗占总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就 越来越显著。
图8-4 软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程 5
8.1.2 零电压开关与零电流开关
■零电压开通 ◆开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和 噪声。 ■零电流关断 ◆开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪声。 ■零电压关断 ◆与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率， 从而降低关断损耗。 ■零电流开通 ◆与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率， 降低了开通损耗。 ■在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和 零电流开关。
9
8.2 软开关电路的分类
■零开关PWM电路 ◆电路中引入了辅助开关来控制谐振的开始时刻，使谐振仅发生于开关过 程前后。 ◆分类 ☞零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-Switching PWM Converter— ZVS PWM） ☞零电流开关PWM电路（Zero-Current-Switching PWM Converter— ZCS PWM） ◆同准谐振电路相比，这类电路有很多明显的优势：电压和电流基本上是 方波，只是上升沿和下降沿较缓，开关承受的电压明显降低，电路可以采用 开关频率固定的PWM控制方式。
关断过程 开通过程 S O uS O iS R O uVD O a) t0 t1 b) t t t t
S
L
u u i 0 P 0
a)
i t t
u i 0 P 0
i
u
Ui
VD
C
b)
图8-1 硬开关降压型电路及波形 a）电路图 b）理想化波形
图8-2 硬开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程 4
Cr S Ui S1 Lr VD a) C R L S Ui Lr S1 Cr b) VD C R L
图8-6 零开关PWM电路 a）零电压开关PWM电路 b）零电流开关PWM电路 10
8.2 软开关电路的分类
Lr Cr S 1 S VD1 a) L VD C S VD1 b) Lr Cr S1 L VD R Ui R