软开关技术简介

软开关技术简介
拓扑组 2006-06-15
内容提要
软开关技术概述 准谐振变换器 ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术 ZCT-PWM和ZVT-PWM技术 移相全桥ZVS-PWM技术

概述
软开关是一种在开关管周围附加特定的LC谐 振电路，以实现开关管零电流开通与关断，或 者零电压开通与关断的技术，从而达到减小开 关损耗的目的。 开关电源应用软开关技术后，可以提高其开关 管的工作频率，从而减少开关电源的体积和重 量。
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
ZCS-PWM技术的优点：主开关零电流开关，且Tr 电压应力较小， Tr承受的最高电压为Vs。 ZCS-PWM技术的缺点：续流二极管的电压应力为 2 Vs，谐振电感与主开关串联，所以ZCS条件与电 网电压和负载的变化有关。
问题：请根据ZCS-PWM的BUCK电路拓扑画出其 BOOST电路拓扑？

硬开关产生开关损耗
期望的开关波形：
V/I V I
t
实际的开关波形：
V/I V I
t
零电流开关（ZCS）
零电流开关的原理图及基本波形如图所示：
V/I
V
I
t
由于开关与谐振电感串连，开通之后电流缓慢上升， 实现了零电流导通；开关导通之后，电感和电容连 接组成谐振电路，检测到开关管电流谐振到零的时 候，驱动关闭开关管，实现零电流关断。
零电压开关（ZVS）
零电压开关的原理图及基本波形如图所示：
V/I
I
V
t
由于开关与谐振电容并联，关断之后给电容充电， 电压缓慢上升，实现了零电压关断；开关关断之后， 电感和电容串联组成谐振电路，检测到开关管电压 谐振到零的时候，驱动导通开关管，实现零电压导 通。
软开关技术的发展过程
时间 70年代
80年代初 80年代中 80年代末 80年代末 90年代初 90年代

零电流-准谐振变换器（ZCS-QRC）
Lr L Vs Cr C R
VGS
Ids Io VCr Vs
t
t
T0 T1
T2T3 T4 T0'
t
T0－T1：电流Ilr线性上升，二极管压降为0
Lr L
Vs Cr
C
R
VGS
Ids Io VCr Vs
t
t
T0 T1
T2T3 T4 T0'
t
T1－T2：LC谐振，二极管反向阻断
Io
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
T4－T5：二极管D导通续流，电路工作在PWM关断 状态 L
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 Io + R Vo -
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
T2－T3：正常的PWM导通状态，二极管D反向阻断
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 L + R Vo -
Io
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
T3－T4：辅助开关管导通，LC谐振，电容Cr放电。 当Ilr为零时控制关断开关管Tr
软开关技术概述 准谐振变换器 ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术 ZCT-PWM和ZVT-PWM技术 移相全桥ZVS-PWM技术

Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCwenku.baidu.com D C Tr1 L Io + R Vo -
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
T4－T5：电容Cr余量线性放电，直到二极管D导通
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 L + R Vo -
名称
有源钳位ZVS技术 零开关-PWM技术 移相全桥ZVS-PWM 技术 零转换-PWM技术 广义软开关PWM技 术
应用
单端变换器 单端或桥式变换器 全桥变换器250W 以上 单端或桥式变换器
串联或并联谐振技术 半桥或全桥变换器
准谐振和多谐振技术 单端或桥式变换器
软开关技术概述 准谐振变换器 ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术 ZCT-PWM和ZVT-PWM技术 移相全桥ZVS-PWM技术
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
T1－T2：LC谐振，二极管反向阻断
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 L + R Vo -
Io
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
零电压开关脉宽调制变换器（ZVSPWM）和 ZVS-QRC 电路比较 C
r
Tr1
L + R Vo -
Tr Vs
Lr D C
Io
ZVS-PWM电路
Lr L
ILr Vs Cr C R
ZVS-QRC电路
ZVS-PWM变换器工作逻辑
Cr Tr1 L + R Vo Tr Vs Lr D C Io
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds
C
R
VGS
Ids Io VCr Vs
t
t
T0 T1
T2T3 T4 T0'
t
零电压-准谐振变换器（ZVS-QRC）
Lr L ILr Vs Cr C R
VGS
Vds(VCr) Vs ILr
t
t
T0 T1
T2 T3 T4
T0'
t
软开关技术概述 准谐振变换器 ZCS-PWM和ZVS-PWM变换技术 ZCT-PWM和ZVT-PWM技术 移相全桥ZVS-PWM技术

零电流开关脉宽调制变换器（ZCSPWM）和ZCS-QRC电路比较
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 L Io + R Vo -
ZCS-PWM电路
Lr L
Vs Cr
C
R
ZCS-QRC电路
ZCS-PWM变换器工作逻辑
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 L + R Vo Io
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
Vds1 t T0 T2 T1 T3 T5 T4 T0'
T0－T1：主开关管导通，电流Ilr线性上升， 二极管D压降为0
Lr ILr Tr Vs Vds1 + Cr + - VCr D C Tr1 L + R Vo Io
VGS(Tr) VGS(Tr1) Vds Vs ILr VCr
Ids
ILr
VD t T0 T1 T2 T3 T4 T0'
ZVS-PWM技术的优点：主开关零电压开关，Tr承 受的电流应力较小。 ZCS-PWM技术的缺点：主开关的电压应力较大， 谐振电感与主开关串联，所以ZCS条件与电网电压 和负载的变化有关。
问题：请根据ZVS-PWM的BUCK电路拓扑画出其 BOOST电路拓扑？
Lr L
Vs Cr
C
R
VGS
Ids Io VCr Vs
t
t
T0 T1
T2T3 T4 T0'
t
T2－T3－T4：电容放电后线性充电，直到二 极管导通 Lr L
Vs Cr
C
R
VGS
Ids Io VCr Vs
t
t
T0 T1
T2T3 T4 T0'
t
T4－T0’：开关管截止，通过二极管续流
Lr L
Vs Cr