本科课件开关电源软开关资料.ppt

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1、§1相平面分析法开关电源中的软开关技术§2软开关的意义§3软开关简介§4准谐振变换器§1相平面分析法典型二阶电路——电路中只有电压源电路方程以及初始条件：令：解此二阶方程有：相平面分析法是分析软开关电路工作过程的一种十分有效的方法§1相平面分析法只有电压源的电路的相平面图在以uc为x轴，为y轴的相平面上，电压、电流的关系为一个圆,圆心为强迫分量（E，0），通过初始点(uco，0)，半径为（E-uco）。§1相平面分析法典型二阶电路——电路中只有电流源电路方程以及初始条件：令：解此二阶方程有：§1相平面分析法只有电

2、流源的电路的相平面图是一个半径为（-）,圆心为强迫分量（0,），通过初始点（0,）的圆。典型二阶电路——电路中电压源与电流源同时存在电路方程以及初始条件：令：根据叠加原理可得：§1相平面分析法电压源和电流源同时存在的电路的相平面图是圆心为强迫分量（E,）,并通过初始点（uco，）的圆。相平面分析法举例－电容充电电路(初始条件为零)T1导通,电源E,T1,L,C形成谐振回路，强迫分量为E,在谐振电流过零时刻，T1关断；T2导通，T2,L,C形成谐振回路，强迫分量为零，在谐振电流过零时刻，T2关断;T1导通,电源E,

3、T1,L,C形成谐振回路，强迫分量仍为E,在谐振电流过零时刻，T1关断;T2导通,电容反复被充电，如果不考虑损耗，电容电压降趋于无穷大，总结：相平面分析法是以电容电压为为x轴，以电感电流为y轴，分析电路中电压和电流变化的关系的一种分析方法。它是分析谐振电路，进而也是分析软开关电路工作过程的一种十分有效的方法。§3软开关简介谐振开关给开关器件串联电感或者并联电容等谐振器件，通过谐振电路的作用，使开关管导通或关断时电压或电流为零，使得开通损耗或关断损耗接近为零。谐振开关分类：零电流谐振开关(ZCS)零电压谐振开关(Z

4、VS)谐振开关原理图零电流谐振开关零电压谐振开关L型M型M型L型§3软开关简介软开关技术的发展过程(按谐振方式来分)序号时间名称应用170年代串联或并联谐振技术半桥或全桥变换器280年代中准谐振（QRC）或者多谐振技术（MRC）单端或桥式变换器380年代末ZCS－PWM或ZVS－PWM技术单端或桥式变换器490年代初ZCT－PWM或ZVT－PWM技术单端或桥式变换器§3软开关简介QRC:quasi-resonantconverterMRC:multi-resonantconverterZCT:zero-curre

5、nt-transitionZVT:zero-voltage-transition§4准谐振变换器准谐振变换器(QRCs,quasi-resonant-converters):80年代提出的一类变换器，根据谐振方式的不同，准谐振变换器可以分为：零电流开关准谐振变换器（ZCSQRCs）零电压开关准谐振变换器（ZVSQRCs）特点：在一个工作周期内，谐振元件只在一部分时间内参与谐振，而其他时间内运行在非谐振状态4.1零电流开关准谐振变换器BuckZCSQRCs工作原理：由于有谐振电感Lr的作用，开关Tp闭合为开关管零电

6、流开通；Tp导通后，谐振电感和谐振电容谐振，当Lr中的电流为零时，将开关Tp断开，从而实现开关管的零电流关断。Lr4.1零电流开关准谐振变换器BuckZCSQRCs初始状态：Tp关断，Io通过二极管D续流，电容Cr上的电压为零，电感中电流为零。在t0时刻，Tp导通。LrCr在t1时刻，iLr上升到负载电流Io，D自然关断，开关状态1结束。根据式(4.1)可得这个时间段的长度为：(4.2)(4.1)LrCr开关状态1[t0,t1]－电感恒压充电在这一时间段内，开关Tp导通，续流二极管D继续导通，谐振电容Cr上电压被

7、钳位为0，电感Lr在E的作用下恒压充电，iLr线性上升。这一阶段在相平面图中，对应于曲线沿I轴向上。这段时间段内有：把初始条件iLr(t1)=Io，uCr(t1)=0代入，可解得：(4.3)LrCr开关状态2[t1,t2]－电感电容谐振在时刻t1，续流二极管D截止，电感Lr和电容Cr开始谐振，电路进入谐振工作状态。谐振初始状态为：iLr(t1)=Io，uCr(t1)=0，强迫分量为E，Io，在相平面图中，曲线是从（0，Io）开始，以（E，Io）为圆心的一段圆弧。此时有：式中，谐振角频率，谐振电路的特征阻抗当t=t

8、2时，iLr谐振到零，此时可以将Tp在零电流条件下关断，谐振状态2结束。这段时间的长度为：(4.4)(4.5)开关状态3[t2,t3]－电容恒流放电当t=t2时，Tp零电流关断，续流二极管D仍处在截止状态，负载电流通过电容Cr流通，电容Cr处于恒流放电状态。在相平面图上，这段时间对应于u轴上t2到t3的部分。此时有：电容上电压uCr降到零，二极管D导通续流，开关状态3结束