-软开关技术(soft technique)

（7-5） （7-6）
Poff f s
toff 0
t on t ri t fv
Ploss
toff trv t fi
1 VD I 0 f s (ton toff ) 2
线路电感 Lσ≠ 0 时开通、关断过程
VT
图7.11
安全工作区

Lσ=0时，开通轨迹ABC，关断轨迹 CBA Lσ≠ 0时，开通轨迹AQEC，关断轨 迹CBHPA Lσ改善了开通轨迹，恶化了关断轨 迹
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。Toff=t2-t1可控， 用以调控输出电压。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PW 变换器工作原理（续4）
开关状态3：t2<t<t3
t=t2时，关断T2， Lr 、 Cr谐振半 个周期到t3， t=t3时 Vcr＝VT1＝VD， iL达到负最大值。
t
VD
D
rT IO iD
T
iT
rT
iD
(a) 电路
t
t 0 t1 vT (v CE ) t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t t10 9
iT
电压限制线
R E
I CM
N C
VD
vT
电流限制线 10us功率限制线
vT
t
td PT t ri
IO
B
t fv
t on PT vT iT
ts
t rv t fi
第8章
谐振开关型变换器 --软开关技术（soft-switch）
1
现代电力电子的发展------高频化
高频化带来的问题及解决方法
Lσ= 0 开关开通、关断过程
Ts
T on
T off
iT
C
v T (v CE )
i f IO
E
IO
vG
V
O
开通 断 态
通态
关断
断态
T
E
iD
Lf
R
Cf
L F
vG
G i G 或v G
(8-13)
由（8-11）和（8-13） L (0.1 ~ 0.05)T V 2I r s D o min 可确定Lr、Cr： Cr (0.1 ~ 0.05)Ts I o min 2VD
8.3.2 零电压开通脉冲频率调制 （ZVS PFM）变换器工作原理
主电路组成
工作原理
Cr
+
VG2 T2
-
D2 Lf
Io
D1
+ Lr T1 VG1 VD
Vo Cf
iL
VL D VD
R
图 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM变换器电路图
8.3.2 零电压开通脉冲频率调制（ZVS PFM）变换器工作原理（续1）

无T2：不能控制Lr、Cr谐振起始时刻开 关状态2，无Toff时区2。 缺点：只有调频fs，才能调压。



安全工作区：
VT<VCEP，KJ线左侧 iT<ICM，NM线下方
Pt=VT×iT，功率限制线左下侧
全控型开关的L-C-R-D i +v i 复合缓冲器工作过程
R
RS
C
C
iT
A
iL
iR
RS
LS
LS
DS iC
CS
+ vC CS
I CM
vT C
E
vo L f
i Iovo
Io
Lf
i f Io


8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零 开关基本特性（续3）

LC谐振实现开关器件零电压开通和零电流关断


t1时引发Lr、Cr谐振，t2时vT 谐振至零，在t3时驱动T实 现零电压开通。 t6时引发Lr、Cr谐振， t7时iT谐振至零，在t8时切除驱动 信号实现零电流关断。
断 态 开通 过程 通态 关断 过程 断 态
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PW 变换器工作原理（续6）
开关状态4（续）：t3<t<t8
t＝t6时，iL＝0， Vcr＝VT1＝0，T2早已关断， 此后VD经T1、Lr建立iT1。 t=t8时，iT1＝Io，D0截止，完成T1开通过程。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PW 变换器工作原理（续7）
Cr
+
VG2 T2
-
D2 Lf
toff
t
F A
0 VD
X K VCEO
1ms功率限制线
v T (v CE )
（c) iT、vT 轨迹
（b) 波形图
Lσ=0 开通和关断开关损耗

开通电流iT上升期：iT=Io / tri 关断电流iT下降期：iT=I0 (1-t / tfi ) 若认为vT在开通关断过程中也呈线性变化在则：
动画 演示
T1通态时D0截止，vT1＝vcr＝0，切除 +VG，T1关断iT1从Io→0，并联电容Cr 使vT＝vcr从0逐渐上升，T1软关断。 图 8.5 零电压开通ZVS PFM变换器 vT＝vcr→VD后D0导通，Lr、Cr立即谐 振，所以电路8.5无开关状态2。
图8.4（a）中，T2导通使iL经D2、T2续 流，不能形成Lr、Cr谐振回路，直到 在t＝t2时刻关断T2时，才能形成谐振。
D
A i S
iL
iT
C
DS
Vo
Io
i T
iS
iT
T
vT i fE D T
R
Vo R
Cif
D O
Io
C
Io C
E
PC ma
x
E
B
VD
VD O
DO
Cf
VQ
L
L
A
O
O
V Q QD
P
V CE V CE P A O P
O
VT
VT
(a）电路
图7.12(a）
VQ VD (c）开关轨迹
VCEP 160V 200V 300V
图7.12(c）
断态
VD
VQ
开通
vT T
VLS LS Io / tif
通态
关断
VD
断态
开通
vT vG Io C iT VCEP vG iT
t
vT
t1
t2 td
t3 t ri
t fv
t4
t5
ts
t6
t fi
t7 t p
t8
t 21
t 22 t 23
t 24
(b）开通关断过程波形图
软开关的基本概念
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PW 变换器工作原理
主电路组成

+ T V TLf i f=I o Io + R Vo -
工作原理 关断T2后引发LrCr谐振， 使主开关管T1的电压 vT=0。
VD
Do
Cf

图8.1(a) 硬开关电路

再对T1施加驱动信号实 现T1的零电压开通。
图 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM变换器电路图
rT vT
rT
iT
Io
零电压开通：A－O－C iT 零电压关断：C－O－A C E B
vT VD
vT iT vT iT t 6 t 7 t8 t 9 t10 t
Q O VQ A P
vT t 2t3 t 4 t5
IO
vT
t1
VD VCEP
图 8.2 零电压开通、零电流关断时vT、iT、rT
开关轨迹
8.2 谐振开关型变换器的类型
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器工作原理（续1）

在一个开关周期Ts中，该变换器有五种开关状态。
开关状态1:T1关断， Cr充电
开关状态2:D0，D2续流 开关状态3:T2关断，Cr、Lr谐振 开关状态4:T1零电压开通 开关状态5:T2零电压开通
图 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM变换器电路图

零电压开通谐振变换器和零电流关断谐振变换器。

脉冲宽度调制PWM谐振变换器和脉冲频率调制 PFM谐振变换器。 零开关谐振变换器和零转换谐振变换器。


零开关谐振变换器 零转换谐振变换器

LC谐振环节中有辅助开关管或无辅助开关管。
8.3 谐振开关型零电压开通（ZVS） 变换器
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PWM）变换器工作原理 8.3.2 零电压开通脉冲频率调制（ZVS PFM）变换器工作原理
VD
Do
Cf
R
Vo
Q
-
A
P
vT
O
VQ
VD VCEP
图8.1(a) 硬开关电路
开关轨迹
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零 开关基本特性（续1）

有LC缓冲器的软开关过程


开通（ A→Q→E→C）：LS使工作点从A→Q，在vT＝ VQ<VD下iT从0→Io，然后从E→C，Pon’< Pon。 关断（C→A→P→A）：iT从Io→0期间vT从0→VD，然后 在iT=0下从A→P→A，Poff’显著减小。
开关状态5：t8<t<t10
t＝t9时，开通T2，此时iL=I0不变T1已是通态， vL＝vT2＝0，T2是零电压开通。 t=t10时，关断T1（相当于t0时软关断T1）完 成一个开关周期Ts。