最新开关电源--软开关
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c）多谐振变换器(Multi-resonant converters, MRCs)：其特点是谐振元件参与能量变换的某一 个阶段，不是全程参与。多谐振变换器的谐振回 路、参数可以超过两个、三个或更多，称为多谐 振变换器。准谐振/多谐振单元与主开关的关系如
图8-3所示。
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开关电源--软开关
第8章 软开关的概念
8.1软开关的概念 8.2软开关技术的实现及其类型 8.3谐振电路 8.4准谐振和多谐振变换器 8.5软开关的PWM技术 8.6 零电压/电流转换PWM变换器
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8.1软开关的概念
传统PWM变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开 关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工作频率的提高, 它存 在如下问题：
1）开通和关断损耗大； 2）感性关断问题 3）容性开通问题； 4）二极管反向恢复问题 ；
为了提高变换器效率，减小变换器的重量 体积，就必须解决上述的四个问题。
所谓软开关就是功率器件在零电压条件下 导通（或关断），在零电流条件下关断 （或导通）。与硬开关相比，软开关的功 率器件在零电压、零电流条件下工作，功 率器件开关损耗大大减小。
2 ） 零 开 关 PWM 变 换 器 (Zero-switching-PWMconverters)
分 为 零 电 压 开 关 PWM 变 换 器 (Zero-voltage-switching PWM converters，ZVS PWM)和零电流开关PWM变换 器 (Zero-current-switching PWM converters ， ZCSPWM)。该类变换器是在准谐振/多谐振变换器的基础上， 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，实现恒定频率控制，即实现PWM控制。 这样，变换器既有电压过零（或电流过零）控制的软开关 特点，又有PWM恒频调宽的特点。这时谐振网络中的电 感是与主开关串联的。与准谐振/多谐振变换器不同的是， 谐振元件的谐振工作时间与开关周期相比很短，一般为开 关周期的1/10~1/5，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。
1）谐振型变换器 利用谐振现象，使电子开关器件上电压或电流按
正弦规律变化，以创造零电压开通或零电流关断 的条件，以这种技术为主导的变换器称为谐振变 换器。它又可以分为全谐振型变换器、准谐振变 换器和多谐振变换器三种类型。 a）全谐振型变换器：一般称之为谐振变换器 (Resonant converters)。该类变换器实际上是负 载谐振型变换器，按照谐振元件的谐振方式，分 为串联谐振变换器(Series resonant converters, SRCs) 和 并 联 谐 振 变 换 器 (Parallel resonant converters, PRCs)两类。在谐振变换器中，谐振 元件一直谐振工作，参与谐振工作的全过程。该 变换器与负载关系很大，对负载的变化很敏感， 一般采用频率调制方法。
与此同时， du/dt和di/dt大为下降，提高 了变换器的可靠性，由于软开关开关损耗 很小，与硬开关相比，它可以工作于较高 的工作频率，因此减小变换器的体积和重 量，同时提高变换器的变换效率。
软开关的开通有以下几种方法
1）零电流开通：在开关管开通时， 使其电流保持在零，或者限制电流 的上升率，从而减小电流与电压的 交叠区。从图8-2（a）可以看出， 由于电流下降时间的提前，大大减 少了电压与电流的重叠区间，因而 开通损耗大大减小。
b）准谐振变换器(Quasi-resonant converters, QRCs)；它是最早出现的软开关电路。其特点是 谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程 参与。无论是串联LC或并联LC都会产生准谐振， 利用准谐振现象，使电子开关器件上的电压或电 流按正弦规律变化，从而创造了零电压或零电流 的条件，以这种技术为主导的变换器称为准谐振 变换器。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变 换器(Zero-current-switching Quasi-resonant converters, ZCS-QRCs)和零电压开关准谐振变 换器(Zero-voltage-switching Quasi-resonant converters, ZVS-QRCs)。
2）零电压开通：在开关管开通前， 便其电压下降到零。从图8-2（b） 可以看出，开通损耗基本减小到零。
3）同时做到零电流开通和零电压开 通，在这种情况下，开通损耗为零。 这种情况最为理想。
图8-2 零电流开通和关断
软开关的关断几种方法 1）零电流关断：在开关管关断前，使其电流减小到
零。 2）零电压关断：在开关管关断时，使其电压保持在
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a零电压开关准谐振电路；b零电流开关准谐振电路；c零电压开关多谐振电路 图 8-3 准谐振电路的基本开关单元
为保持输出电压不随输入电压变化而变化，不随 负载变化而变化（或基本不变），谐振、准谐振 和多谐振变换器主要靠调整开关频率，所以是调 频系统。调频系统不如PWM开关变换器那样容易 控制，这是因为调频系统是依靠L、C振荡使得电 路产生谐振和准谐振的，功率器件所受的电压与 电流的应力都要比相应的硬开关PWM变换电路功 率器件承受的压力大，并且该应力随电路的Q值 和负载变化而变化。调频系统是依靠改变开关频 率来改变变换器的输出，开关频率大范围变化使 得滤波器、变压器设计难以优化，干扰难以抑制， 而且由于调频来调节输出，负载变化大时，相应 的电压和电流调节范围比相应PWM变换电路窄， 超前一定范围后，变换电路不能达到零电压或零 电流开关条件。
零，或者限制电压的上升率，从而减小电流与电压 的交叠区。 3）同时做到零电流关断和零电压关断，在这种情况 下，关断损耗为零。
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8.2软开关技术的实现及其类型
从谐振角度看，所谓谐振变换器或逆变器 至少包含有一个谐振回路，谐振回路至少 包含一个电感和一个电容，谐振电路的阶 数决定于所包含的独立的储能元件数目。 以谐振类型划分，软开关变换器有谐振型 变换器、多谐振/准谐振变换器、零开关 PWM变换器、零转换PWM变换器等；从 拓扑结构上看，有电流型软开关变换器、 电压型软开关变换器。
c）多谐振变换器(Multi-resonant converters, MRCs)：其特点是谐振元件参与能量变换的某一 个阶段，不是全程参与。多谐振变换器的谐振回 路、参数可以超过两个、三个或更多，称为多谐 振变换器。准谐振/多谐振单元与主开关的关系如
图8-3所示。
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开关电源--软开关
第8章 软开关的概念
8.1软开关的概念 8.2软开关技术的实现及其类型 8.3谐振电路 8.4准谐振和多谐振变换器 8.5软开关的PWM技术 8.6 零电压/电流转换PWM变换器
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8.1软开关的概念
传统PWM变换器中的开关器件工作在硬开关状态，硬开 关工作的四大缺陷妨碍了开关器件工作频率的提高, 它存 在如下问题：
1）开通和关断损耗大； 2）感性关断问题 3）容性开通问题； 4）二极管反向恢复问题 ；
为了提高变换器效率，减小变换器的重量 体积，就必须解决上述的四个问题。
所谓软开关就是功率器件在零电压条件下 导通（或关断），在零电流条件下关断 （或导通）。与硬开关相比，软开关的功 率器件在零电压、零电流条件下工作，功 率器件开关损耗大大减小。
2 ） 零 开 关 PWM 变 换 器 (Zero-switching-PWMconverters)
分 为 零 电 压 开 关 PWM 变 换 器 (Zero-voltage-switching PWM converters，ZVS PWM)和零电流开关PWM变换 器 (Zero-current-switching PWM converters ， ZCSPWM)。该类变换器是在准谐振/多谐振变换器的基础上， 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，实现恒定频率控制，即实现PWM控制。 这样，变换器既有电压过零（或电流过零）控制的软开关 特点，又有PWM恒频调宽的特点。这时谐振网络中的电 感是与主开关串联的。与准谐振/多谐振变换器不同的是， 谐振元件的谐振工作时间与开关周期相比很短，一般为开 关周期的1/10~1/5，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。
1）谐振型变换器 利用谐振现象，使电子开关器件上电压或电流按
正弦规律变化，以创造零电压开通或零电流关断 的条件，以这种技术为主导的变换器称为谐振变 换器。它又可以分为全谐振型变换器、准谐振变 换器和多谐振变换器三种类型。 a）全谐振型变换器：一般称之为谐振变换器 (Resonant converters)。该类变换器实际上是负 载谐振型变换器，按照谐振元件的谐振方式，分 为串联谐振变换器(Series resonant converters, SRCs) 和 并 联 谐 振 变 换 器 (Parallel resonant converters, PRCs)两类。在谐振变换器中，谐振 元件一直谐振工作，参与谐振工作的全过程。该 变换器与负载关系很大，对负载的变化很敏感， 一般采用频率调制方法。
与此同时， du/dt和di/dt大为下降，提高 了变换器的可靠性，由于软开关开关损耗 很小，与硬开关相比，它可以工作于较高 的工作频率，因此减小变换器的体积和重 量，同时提高变换器的变换效率。
软开关的开通有以下几种方法
1）零电流开通：在开关管开通时， 使其电流保持在零，或者限制电流 的上升率，从而减小电流与电压的 交叠区。从图8-2（a）可以看出， 由于电流下降时间的提前，大大减 少了电压与电流的重叠区间，因而 开通损耗大大减小。
b）准谐振变换器(Quasi-resonant converters, QRCs)；它是最早出现的软开关电路。其特点是 谐振元件参与能量变换的某一个阶段，不是全程 参与。无论是串联LC或并联LC都会产生准谐振， 利用准谐振现象，使电子开关器件上的电压或电 流按正弦规律变化，从而创造了零电压或零电流 的条件，以这种技术为主导的变换器称为准谐振 变换器。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变 换器(Zero-current-switching Quasi-resonant converters, ZCS-QRCs)和零电压开关准谐振变 换器(Zero-voltage-switching Quasi-resonant converters, ZVS-QRCs)。
2）零电压开通：在开关管开通前， 便其电压下降到零。从图8-2（b） 可以看出，开通损耗基本减小到零。
3）同时做到零电流开通和零电压开 通，在这种情况下，开通损耗为零。 这种情况最为理想。
图8-2 零电流开通和关断
软开关的关断几种方法 1）零电流关断：在开关管关断前，使其电流减小到
零。 2）零电压关断：在开关管关断时，使其电压保持在
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a零电压开关准谐振电路；b零电流开关准谐振电路；c零电压开关多谐振电路 图 8-3 准谐振电路的基本开关单元
为保持输出电压不随输入电压变化而变化，不随 负载变化而变化（或基本不变），谐振、准谐振 和多谐振变换器主要靠调整开关频率，所以是调 频系统。调频系统不如PWM开关变换器那样容易 控制，这是因为调频系统是依靠L、C振荡使得电 路产生谐振和准谐振的，功率器件所受的电压与 电流的应力都要比相应的硬开关PWM变换电路功 率器件承受的压力大，并且该应力随电路的Q值 和负载变化而变化。调频系统是依靠改变开关频 率来改变变换器的输出，开关频率大范围变化使 得滤波器、变压器设计难以优化，干扰难以抑制， 而且由于调频来调节输出，负载变化大时，相应 的电压和电流调节范围比相应PWM变换电路窄， 超前一定范围后，变换电路不能达到零电压或零 电流开关条件。
零，或者限制电压的上升率，从而减小电流与电压 的交叠区。 3）同时做到零电流关断和零电压关断，在这种情况 下，关断损耗为零。
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8.2软开关技术的实现及其类型
从谐振角度看，所谓谐振变换器或逆变器 至少包含有一个谐振回路，谐振回路至少 包含一个电感和一个电容，谐振电路的阶 数决定于所包含的独立的储能元件数目。 以谐振类型划分，软开关变换器有谐振型 变换器、多谐振/准谐振变换器、零开关 PWM变换器、零转换PWM变换器等；从 拓扑结构上看，有电流型软开关变换器、 电压型软开关变换器。