LC谐振零开关基本特性

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
iT
IO
vT iT vT iT t 6 t 7 t8 t 9 t10
rT从∞→0，在vT从∞→0的开通过
程中，因vT＝0，Pon＝0，t≥t4建
t 立i 时，r 已为0，Pon＝0，实现零 T T
图2.6 零电压开通、零电流关断时 vT、iT、rT
t1
电压开通。

在通态期t＝t6时引发Lr、Cr谐振，
t
vT=vc
0
工作方式：PFM 降低开关频率（即增大TS）将使 输出电压、输出功率增大，
Vd
t1 t2
t3
t4
t5
t
( e )vc波形
图8.8 零电压开通准谐振BUCK DC/DC 变换器工作原理
8
3.5.2 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器(1)
开关状态1：t0<t<t1 t<to：T1、T2都通态，iT1=iL=Io, iT2=0， D0截止
1 2 Lr C r
ZVS的特性
Vg
0
iT iD
0
iD iT iD1 iL
0
( b )驱动波形
Vg Ts
t
iT
Io
t
Lr、Cr的取值： fr
( c )iT、iD波形
1 Lr 2f r I 0 min
Cr 1 I 0 min 2f r Vd
Vd
iL
iL
t3
t4
ic
IoZr
Io ( d )iL波形
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，
t=t7使iT＝0后，在t8时撤除+VG，
rT从0→∞的关断过程中iT＝0，Poff ＝0，t≥t9建立vT时，rT已为∞，iT
图8.3 硬开关、缓冲软开关、 零电压开关轨迹
＝0，Poff=0，实现零电流关断。
3
3.3 LC谐振零开关基本特性(续3)

提高变换器 的开关频率fs可改善变换器的特性(如
iT vT iT t 6 t 7 t8 t 9 t10
t
源自文库
0→∞期间，iT＝0， 零电流关断。
2
3.3 LC谐振零开关基本特性(续2)
开通 过程 关断 过程 断 态

断 态
通态
在断态期t＝t1时引发Lr、Cr谐振， t=t2使vT＝0后，在t3时加＋VG，
rT vT
rT
vT VD
vT t 2t3 t 4 t5
SPWM改善输出波形)，减小LC滤波器及变压器的重量
和体积。但使硬开关变换器的开关损耗成比例的提高。

引入LC缓冲器后软开关能降低开关器件的功耗，但L、 C、R的功耗使整个变换器的效率不一定能提高。 而零开关技术可消除开通关断损耗。是电力电子变换

器高频化最理想的技术。
4
3.4 谐振零开关类型
一、零开关（ZERO-SWITCHING）谐振变换器 谐振电感Lr串接在主电路中 1. 零电压开通ZVS PFM(QRC)：必须IoZr>VD,VT>2VD 2. 零电压开通 ZVS PWM ：必须IoZr>VD,VT>2VD
2. 零电压转换：ZVT
5
3.5 ZVS和ZCS电路
Cr
+
Vg2 T2
-
D2 Lf
Io
Cr
+
D1
D1
-
+ Lr T1 Vg1 VD
Vo
T1
+ Lr iL
Vg1 VL D
Lf
Io
Vo Cf
iL
VL D
Cf VD R
VD
VD
R
ZVS-PWM
D1 T1 Vg1 VD Lr Lf T2 Vcr D2 Vo
Io
t
1. 0≤t≤t1 谐振电容充电到Vd 2. t1 ≤t≤t2 开始谐振过程 iL I 0 cos r (t t1 ) vcr vT Vd I 0 Z r sin r (t t1 )
( c )iT、iD波形
iL
0
iL
iL
t3 t4
ic
IoZr
Io ( d )iL波形
LC谐振零开关基本特性
iT
+ VT T
A
Lf
If = Io
D
Io
Cf
Vo
断 态
开通 过程
通态
关断 过程
断 态
rT
rT
VD
vT
B
vT
VD
vT
iT
IO
vT
图2.6 零电压开通、零电流关断时
t1
t 2t3
t 4 t5
iT vT iT t 6 t 7 t8 t 9 t10
t
在主电路中加入Lr，Cr引发谐振， 可使开关管处于零电压、零电流状态
t
3. t2≤t≤t3 iL反向， vT=vc 谐振过程继续 0 4. t3≤t≤t4 vcr等于零,ZVS 5. t4≤t≤t5 电源对负载供电
Vd
t1 t2 t3 t4 t5
t
( e )vc波形
零电压开通准谐振BUCK DC/DC
7
Vd 零开关条件： I 0 Zr （电压应力大）
Zr Lr Cr
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
3. 零电流关断ZCS PFM(QRC)：必须VD/Zr>Io,IT>2Io 4. 零电流关断 ZCS PWM ：必须VD/Zr>Io,IT>2Io
二、零转换(Zero-Transition)谐振变换器：变换器主电 路输入电流不经过谐振电感Lr ，Lr在电路中不参与对 负载通态供电。 1. 零电流转换：ZCT
VD
D
Cr谐振使vT＝0，再
B
加VG开通开关管， rT从∞→0期间，vT ＝0，零电压开通。

断 态
开通 过程
通态
关断 过程
断 态
rT
rT
主电路处于通态时 引发Lr，Cr谐振使iT
vT
vT
VD
vT
iT
IO
vT
＝0，再撤除VG关
断开关管， rT从
图2.6 零电压开通、零电流关断时
t1
t 2t3
t 4 t5
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