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1、雷达与对抗1999年第4期61X零电流开关准谐振变换器的分析XX杨惠娟(南京船舶雷达研究所,江苏南京210003)摘要:介绍了零电流开关准谐振变换器(ZCS-QRCs)这类变换器的基本工作原理及其参数设计,对变换器进行了仿真分析,并将零电流谐振开关应用到基本的变换器中,得到了一族零电流开关准谐振变换器。关键词:零电流开关;变换器;准谐振变换器中图分类号:TM564文献标识码:A文章编号:100920401(1999)0420061210TheAnalysisofZero2Current2SwitchingQuasi2Resona
2、ntConverterYANGHui2juan(NanjingMarineRadarInstitate,Nanjing210003,China)Abstract:Thispaperintroducesthebasicoperationprincipleandtheparameterdesigningofthezero2current2switchingquasi2resonantconverters,onwhichaemulationanalysisispresented.Theapplicationofthezero2curr
3、entresonantswitchesistakenintothebasicconverters,obtain2ingafamilyofzero2current2switchingquasi2resonantconverters.Keywords:zero2currentswitching;converter;quasi2resonantconverter引言提出准谐振变换器(QRCs)的概念是为了实现开关管的软开关,零电流开关(ZCS)为其中的一种。QRCs中最关键的部分就是谐振开关的概念,它是在基本变换器的开关管中加入一个谐
4、振电感Lr和一个谐振电容Cr,从而构成谐振开关。零电流谐振开关有两种电路方式:L型和M型,其工作原理是一样的。从图1中可以看出,谐振电感Lr是与功率开关S1相串联的,其基本思想是:在S1开通之前,Lr的电流为零。当S1开通时,Lr限制了S1中电流的上升率,从而实现S1的零电流开通。而当S1关断时,Lr和Cr谐振工作使Lr的电流回到零,从而实现S1的零电流关断。因此Lr和Cr为S1提供了零电流开关的条件。根据功率开关S1是单方向导通还是双方向导通,可将零电流谐振开关分为半波模式和全波模式,如图2所示。图2(a)是半波模式,功率开关
5、S1由一个开关管Q1和一个二极管X收稿日期:1999207212XX作者简介:杨惠娟(1969-),女,江苏南京人,南京船舶雷达研究所工程师,主要从事电源的研制与开发。62雷达与对抗1999年第4期图1零电流谐振开关DQ1相串联构成,DQ1使功率开关S1的电流只能单方向流动(如果Q1采用MOSFET),而且为Q1承受反向电压(如果Q1选用BJT、IGBT等器件,它们不能承受反向电压,否则将被反向击穿)。这样谐振电感Lr的电流只能单方向流动。图2(b)是全波模式,功率开关S1由开关管Q1及其反并二极管DQ1构成,可以双方向流过电流
6、,DQ1提供反向电流通路。谐振电感Lr的电流可以双向流动,Lr和Cr可以自由谐振工作。图2零电流谐振开关结构图1工作原理零电流开关准谐振变换器(ZCS2QRCs)这类变换器的工作原理是基本类似的,本文以BuckZCS2QRC为例来分析。图3给出了BuckZCS2QRC的电路图,图3(a)和(b)分别为半波模式和全波模式。图4分别给出了它们的主要工作波形图。在一个开关周期Ts中,该变换器有4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;③LfmLr;④Lr足够大,在一
7、个开关周期中,其电流基本保持不变,为I0。这样Lf和Cf以及负载电阻可以看成一个电流为I0的恒流源。这里给出以下物理量的定义:杨惠娟零电流开关准谐振变换器的分析63(a)半波模式(b)全波模式图3BuckZCSQRC电路图(a)半波模式(b)全波模式图4BuckZCSQRC的主要波形图Lr1①特征阴抗Zr=;②谐振角频率ω=;CrLrCrω11③谐振频率fr==;④谐振周期Tr==2πLrCr。2π2πLrCrfr图5和图6分别给出了半波模式和全波模式的BuckZCSQRC各开关模态的等效电路。111开关模态1[t0,t1]电感
8、充电阶段(参考图5(a)和图6(a)在t0时刻之前,开关管Q1处于关断状态,输出滤波电感电流I0通过续流二极管D1流过。谐振电感电流iLr为0,谐振电容电压Vcr也为0。图5(a)[t0,t1]电感充电阶段图5(b)[t1,t2]谐振阶段64雷达与对抗1999年
