新型改进谐振型软开关技术研究

全谐振开关电源的原理

全谐振开关电源的原理 设计谐振变换器中的变压器 (design for an LLC resonant converter(transformer )设计全过程! 近段时间LLC谐振变换器备受关注,因为它优于常规的串联谐振变换器和并联谐振变换器:在负载和输入变化较大时,频率变化很小,且全负载范围内切换可实现零电压转换(ZVS), 下面我们就来讨论这种线路结构种的变压器设计. 当然在设计变压器之前还有些其它线路的设计,大概总结如下: a) 定义系统参数, 比如说目标效率. 输入电压范围等 b) 确定谐振网络的最大和最小电压增益 M min=Vro/Vinmax/2=Lm+n^2Llks/Lm=Lm+Llkp/Lm M max= Vin max/Vin min*M min c) 确定变压器圈数比(n=Np /Ns) n=Vin max/{2(Vo+2Vf)}*M min. d) 计算等效负载电阻(Rac) Rac={8n^2/(3.14)^2}*(Vo^2/Po)*Eff e) 设计谐振网络(一般在峰值增益上要有10-15%余量) Cr=1/2*3.14*Q*F0*Rac Lr=1/ (2*3.14*F0)^2*Cr Lp= (k+1)^2/(2k+1)*Lr 注:K值为: Lm/Llkp (激磁电感和初级漏磁电感之间的比)

下面进入主题-----设计变压器: 在设计变压器是应以最坏的情况来考虑,那么此案子是在最低的开关频率发生在最低的输入电压和满负载的情况下. 下面我们来计算原边(Np)最小圈数值.. Np min= n(V0+2Vf)/(2*Fs min* *Ae)-------△B:可以取0.25--0.3T. 然后,选择次级圈数,保证初级圈数大于Np min. Np =n*Ns>Np min 下面我们以一个实例来讨论LLC谐振变换器中的变压器具体设计: 首先根据Ap法算出大概需要的core size ,本例变压器选EER3541(Ae=107mm^2). 接下来再讨论最小的开关频率,在设计LLC谐振变压器时可以根据增益曲线可以从图表上查出,,,然后再按上述的公式来算初,次级的圈数.... 接下来就是和我们普通的变压器设计流程一样.... 下一步是来讨论变压器的构造... 因为LLC 谐振变换器是充分利用变压器的Lp,Lr..故在结构设计中应该留心... 刚有谈到LLC谐振变换器是充分利用变压器的Lp,Lr,则1在设计时需要一个相对较大的Lr值.我们一般可以采用一种可组合线轴.以获得理想的Lr值... 这种结构,线圈数和绕线结构是决定Lr大小的主要因素,而变压器的磁心气隙长度不会影响Lr太多...但,我们可以通过调整气隙长度来轻松控制Lp.. 最后我们来选择谐振电容.... 大家都知道,在选择谐振电容时必须考虑额定电流,因为会有相当数量的电流流经电容... 通过谐振电容器的均方根可表示为: Icr (rms)=√ {(3.14*Io/2√2n)^2 }+ {n(Vo+2*Vf)/4√2FoLm}^2

第8章谐振开关型变换器

电力电子学 ——电力电子变换和控制技术（第二版） 第 8 章 谐振开关型变换器

8 谐振开关型变换器 8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性8.2 谐振开关型变换器的类型 8.3 谐振开关型零电压开通（ZVS）变换器 8.4 谐振开关型零电流关断（ZCS）变换器 8.5 直流环节并联谐振型逆变器PRDCLI 小结

?硬开关过程 ?开通（A→B →C）：在v T =V D下i T从0→Io，然后 在i T =Io下v T从V D→0 ，P on=v T i T大。 ?关断（C→B →A ）：在i T=Io下v T从0→V D，然后 在v T =V D下i T从Io→0，P off= v T i T大。 V D V T +- T D o L f I o C f R V o + - i f=I o C Q E B A P i T I o O V Q V D V CEP v T 硬开通：A－B－C 硬关断：C－B－A 图8.1(a) 硬开关电路开关轨迹

?有LC 缓冲器的软开关过程 ? 开通（ A →Q →E →C ）：L S 使工作点从A→Q，在v T ＝ V Q

【精品】第7章软开关技术

第7章软开关技术 主要内容：软开关技术的分类，各种软开关电路的原理及应用。 电力电子装置高频化 优点：滤波器、变压器体积和重量减小，电力电子装置小型化、轻量化. 缺点：开关损耗增加,电磁干扰增大。 软开关技术的作用：降低开关损耗和开关噪声；进一步提高开关频率。 1软开关的基本概念 （1）硬开关与软开关 硬开关:开关的开通和关断过程伴随着电压和电流的剧烈变化,产生较大的开关损耗和开关噪声。 软开关：在电路中增加了小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，使开关条件得以改善。降低开关损耗和开关噪声，软开关有时也被称为谐振开关。 工作原理:软开关电路中S关断后Lr与Cr间发生谐振，电路中电压和电流的波形类似于正弦半波。谐振减缓了开关过程中电压、电流的变化,而且使S两端的电压在其开通前就降为零。 （2）零电压开关与零电流开关

软开关分类: 零电压开关：使开关开通前其两端电压为零,则开关开通时就不会产生损耗和噪声，这种开通方式称为零电压开通，简称零电压开关。 零电流开关:使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损耗和噪声，这种关断方 式称为零电流关断,简称零电流开关。 图7—1零电压开关准谐振电路 及波形 a）电路图b）理想化波形

图7—2硬开关电路及波形 a）电路图b）理想化波形 零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。 零电压关断：与开关并联的电容能使开关关断后电压上升延缓，从而降低关断损耗，有时称这种关断过程为零电压关断。 零电流开通:与开关相串联的电感能使开关开通后电流上升延缓,降低了开通损耗，有时称之为零电流开通。 简单的利用并联电容实现零电压关断和利用串联电感实现零电流开通一般会给电路造成总损耗增加、关断过电压增大等负面影响，因此是得不偿失的。 2软开关电路的分类 根据开关元件开通和关断时电压电流状态，分为零电压电路和零电流电路两大类。 根据软开关技术发展的历程可以将软开关电路分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。 每一种软开关电路都可以用于降压型、升压型等不同电路，可以从基本开关单元导出具体电路。 图7—3基本开关单元的概念 a）基本开关单元b）降压斩波器中的基本开关单元 c）升压斩波器中的基本开关单元d）升降压斩波器中的基本开关单元 （1)准谐振电路 准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波,因此称之为准谐振。为最早出现的软开关电路，可以分为： 零电压开关准谐振电路（ZVSQRC）;

ZVS三电平DCDC变换器的研究

华中科技大学 硕士学位论文 ZVS三电平DC/DC变换器的研究 姓名：李小兵 申请学位级别：硕士 专业：电力电子与电力传动指导教师：李晓帆 20060428

摘 要 直流变换器是电力电子变换器的重要组成部分，软开关技术是电力电子装置向高频化、高功率密度化发展的关键技术，成为现代电力电子技术研究的热点之一。 由于对电源设备电磁兼容的要求的提高，一般在电源设备中都要加入功率因数校正环节，导致后继开关管电压应力的提高。三电平直流变换器相应提出，主开关管的电压应力为输入直流电压的一半。使得三电平直流变换器一提出就得到全世界电源专家和学者的重视，短短十几年内，相继提出许多种改进型三电平直流变换器，包括半桥式和全桥式。根据主开关管实现软开关的不同，将三电平直流变换器分为零电压软开关和零电压零电流软开关。 本文首先给出了基本半桥式三电平DC/DC变换器，详细分析了其工作原理，讨论了主要参数的设计和由于次级整流二极管的反向恢复导致主开关管的电压尖峰。接着给出一种带箝位二极管的改进型半桥式三电平DC/DC变换器。文中给出了Saber软件的仿真结果，进一步证明改进方案的正确性和可行性。针对前面讨论的两种半桥式三电平DC/DC变换器，设计了实验电路来验证理论分析的正确性，文中给出了实验结果。接着研究了一种新型ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器，文中详细讨论了该变换器的工作原理，讨论了主要参数的设计过程，给出了仿真结果。最后，设计了一台实验装置来验证理论分析的正确性，给出了实验结果，说明了主开关管可以在全负载范围内实现零电压软开关，变换器的效率在输入电压高端较高，并且次级整流二极管实现了零电流开关，二极管电压应力为输出电压的2倍。 本文通过理论分析、仿真研究和实验验证，证实了半桥式三电平DC/DC变换器的优越性能，改进型的半桥式三电平DC/DC变换器比较好地消除了主开关管上的电压尖峰。ZVS三电平LLC谐振型DC/DC变换器良好的性能，使得在有掉电维持时间限制的场合得到广泛应用。 关键词： 移相控制 零电压软开关 谐振 三电平

第8章 软开关技术

第8章 软开关技术 1．高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量？为什么提高关频率可以减小变压器的体积和重量？ 答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量。使装置小型化，轻量化是高频化的意义所在。提高开关频率，周期变短，可使滤除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时，U =4.44.f .N .B .S ，当频率f 提高时，可减小N 、S 参数值，从而减小了变压器的体积和重量。 2．软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样子的？各有什么特点？ 答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM 电路和零转换PWM 电路。 准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式。 S L r C r V D L S VD L r L C r 零电压开关准谐振电路的基本开关单元 零电流开关准谐振电路的基本开关单元 零开关PWM 电路：这类电路中引入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，此电路的电压和电流基本上是方波，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。 S L r C r VD L S 1 S VD L r L C r S 1 零电压开关PWM 电路的基本开关单元 零电流开关PWM 电路的基本开关单元 零转换PWM 电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功率的交换被消减到最小。 S L r VD L S 1 C r V D 1 L r C r S 1 S VD VD 1L 零电压转换PWM 电路的基本开关单元 零电流转换PWM 电路的基本开关单元

准谐振资料开关电源

Quasi-Resonant (准谐振) Converter Topology : 简介： Advantage： 1)可以降低MOSFET 开关损耗，从而提高可靠性 2)可以改善EMI 特性，在增加功率传输效率的同时减少EMI 干扰，减少滤波器使用数量，降低成本 备注：谐振电路的定义—在具有R 、 L、 C 的交流电路中，电路两端的电压和电流位相一般是不同的，如果通过变更L 、C的参数或电源频率使其达到电压与电流的位相相同，此时电路呈现纯电阻性，这种状态就叫做谐振。在这种情况下，电路的电阻值达到极值（最大或者最小）。谐振分为串联谐振和并联谐振。 3)当工作在 discontinuous conduction mode 时，转换器会侦测到drain （漏极）电压波谷并在drain电压最小时开启MOSFET. 当工作在 continuous conduction mode 时，转换器会工作在固定工作频率。 工作机理： 1）当MOSFET 在导通时（Ton），输入电压Vin加在初级线圈上 Lm ，此时MOSFET 电流Ids 从0线性增加至最大值Ipk，在这段时间内，能量储存在 初级电感，为（Lm*Ipk*Ipk）/2 . 2）当MOSFET 关闭时，储存在线圈中的能量导致次级输出端的整流二极管开启。 在二级管开启的时间内（Td），输出电压Vo施加在次级线圈上，此时整流 二极管的电流从最大值Ipk*Np/Ns线性减少, 而此时输入电压Vin和次级线 圈反馈到初级线圈的点烟V0*Np/Ns 叠加到FET 上。 3）当二极管电流降至0时，FET的Vds 电压通过初级线圈Lm以及FET 的输出电容Coss以振幅V0*Np/Ns开始共振。当Vds达到最小值时，准谐振开关开启 MOSFET。这样就可以减少由于漏极与源极之间的电容导致的开关损益。这 就是所谓的ZVS . 4）当输出负载减少或者输入电压增大的时候， MOSFET 的Ton会减少并且开关频率增加。这就会导致严重的开关损失以及间歇性开关和噪音问题。 相关图形请参看以下：

第七章谐振软开关技术

个人收集整理 仅供参考学习 (7-1) 1 / 10 第七章谐振软开关技术 随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。然而 如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、 电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。 80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件 的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、 开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关 损耗和提高开关频率的有效办法。 本章首先从PWM 电路开关过程中的损耗分析开始， 建立谐振软开关的概念； 再从软开 关技术发展的历程来区别不同的软开关电路， 最后选择零电压开关准谐振电路、 零电流开关 准谐振电路、零电压开关 PWM 电路、零电压转换PWM 电路和谐振直流环电路进行运行原 理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。 文档收集自网络，仅用于个人学习 7.1谐振软开关的基本概念 7.1.1开关过程器件损耗及硬、软开关方式 无论是DC — DC 变换或是DC — AC 变换，电路多按脉宽调制（PWM ）方式工作，器件 处于重复不断的开通、 关断过程。由于器件上的电压 "、电流-会在开关过程中同时存在， 因而会出现开关功率损耗。以图 7-1（ a ）Buck 变换电路为例，设开关器件 VT 为理想器件， 关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。 文档收集自网络，仅用于个人学 7-1 （b ）为开关过程中 VT 上的电压、电流及损耗 /的波形，设负载电流L 恒 当VT 关断时，负载电流- 一改由续流二极管 VD 提供。若再次触发导通 VT ，电流从VD ，直至J' -.1' 才下降为零。这 样就产 向VT 转移（换流），故-工期间「上升但- J'-- 生了开通损耗 儿：。当停止导通 VT 时，"从零开始上升，在 U T = E * 图7-1 Buck 变换电路开关过程波形

第七章谐振软开关技术

第七章谐振软开关技术 随着电力电子器件的高频化，电力电子装置的小型化和高功率密度化成为可能。然而如果不改变开关方式，单纯地提高开关频率会使器件开关损耗增大、效率下降、发热严重、电磁干扰增大、出现电磁兼容性问题。80年代迅速发展起来的谐振软开关技术改变了器件的开关方式，使开关损耗可原理上下降为零、开关频率提高可不受限制，故是降低器件开关损耗和提高开关频率的有效办法。 本章首先从PWM电路开关过程中的损耗分析开始，建立谐振软开关的概念；再从软开关技术发展的历程来区别不同的软开关电路，最后选择零电压开关准谐振电路、零电流开关准谐振电路、零电压开关PWM电路、零电压转换PWM电路和谐振直流环电路进行运行原理的仔细分析，以求建立功率器件新型开关方式的概念。 7.1 谐振软开关的基本概念 7.1.1 开关过程器件损耗及硬、软开关方式 无论是DC—DC变换或是DC—AC变换，电路多按脉宽调制（PWM）方式工作，器件 处于重复不断的开通、关断过程。由于器件上的电压、电流会在开关过程中同时存在，因而会出现开关功率损耗。以图7-1（a）Buck变换电路为例，设开关器件VT为理想器件，关断时无漏电流，导通时无管压降，因此稳定通或断时应无损耗。 图7-1（b）为开关过程中VT上的电压、电流及损耗的波形，设负载电流恒定。 图7-1 Buck变换电路开关过程波形 当VT关断时，负载电流改由续流二极管VD提供。若再次触发导通VT，电流从 VD向VT转移（换流），故期间上升但，直至才下降为零。这 样就产生了开通损耗。当停止导通VT时，从零开始上升，在期间维持， 直至，才减小为零，这样就产生了关断损耗。 若设器件开关过程中电压、电流线性变化，则有 （7-1） 图7-2 器件开关轨迹

LLC型串并联谐振变换器参数分析与运用.

LLC型串并联谐振变换器参数分析与运用 0 引言 随着现代电力电子技术的发展，开关电源向着高频化、集成化、模块化方向发展。提高开关频率能减小体积，提高功率密度及可靠性，平滑变化的波形和较小的电压/电流变化率也有利于改善系统的电磁兼容性，降低开关噪声。功率谐振变换器以谐振电路为基本的变换单元，利用谐振时电流或电压周期性的过零，从而使开关器件在零电压或零电流条件下开通或关断，以实现软开关，达到降低开关损耗的目的，进一步提高频率，因此得到了重视和研究。 l 谐振电路谐振网络通常由多个无源电感或电容组成，由于元件个数和连接方式上的差异，常见实用的谐振变换器拓扑结构大致分为两类：一类是负载谐振型，另一类是开关谐振型。负载谐振型变换器是一种较早提出的结构，注重电源电压转换比特性的改善，按照谐振元件的谐振方式可分为串联谐振变换器、并联谐振变换器以及两者结合产生的串并联谐振变换器。 1 . 1 串联谐振 由于是串联分压方式，其直流增益总是小于1,类似BUCI变换器；轻 载时为稳住输出电压，必须提高开关频率，在轻载或空载的情况下，输出电压不可调，输入电压升高使系统的工作频率将越来越高于谐振频率，而谐振频率增加，谐振腔的阻抗也随之增加，这就是说越来越多的能量在谐振腔内循环而不传递到副边输出；但在负载串联谐振中，流过功率器件的电流随着负载变轻而减小，使通态损耗减小。 1 . 2 并联谐振 输出端可以开路但不能短路，会损坏谐振电容，并且过大的原边回路电流对开关器件及电源都会产生冲击；轻载时，不需通过大幅改变频率来稳住输出电压，与串联谐振相比变换器工作范围更大，可工作至空载；当轻载时输入电流变化不大，开关管的通态损耗相对固定，在轻载时的效率比较低，较为适合工作于额定功率处负载相对恒定的场合。 1 . 3 串并联谐振 输出电压可高于或低于电源电压，且负载变化范围宽，是目前研究领域中较主流的结构。 2 谐振参数分析 2．1 电路拓扑 图1为LLC型串并联半桥谐振变换器电路，主开关管S1和S2是固定0. 5占空比互补导通，Lr、Cr与变压器的并联电感Lm构成LLC谐振网络，整流二极管直接连接到输出电容上。 LLC有两个谐振谐振频率，分别为Lm与Lr、Cr产生的串并联谐振频率以及Lr 和Cr 产生的串联谐振频率。 2．2 参数影响 LLC谐振变换器是在串联/并联谐振变换器的基础上改进而来，由于较 前两者多了一个谐振元件其设计运用也变得复杂。根据交流分析法得到LLC谐

软开关技术讲解

软开关技术综述 摘要 软开关技术是利用在零电压、零电流条件下控制开关器件的导通和关断，有效地降低了电路的开关损耗和开关噪声因而在电力电子装置中得到广泛应用。本文在讲述软开关技术的原理及分类的基础上，主要回顾了软开关技术的由来和发展历程，以及发展现状和未来的发展趋势。 关键词：软开关技术原理发展历程发展趋势 一．引言： 根据开关元件的工作状态，可以把开关分成硬开关和软开关两类。硬开关是指开关元件在导通和关断过程中，流过器件的电流和元件两端的电压在同时变化；软开关是指开关元件在导通和关断过程中，电压或电流之一先保持为零，一个量变化到正常值后，另一个量才开始变化直至导通或关断过程结束。由于硬开关过程中会产生较大的开关损耗和开关噪声。开关损耗随着开关频率的提高而增加，使电路效率下降，阻碍了开关频率的提高；开关噪声给电路带来了严重的电磁干扰问题，影响周边电子设备的正常工作。为了降低开关的损耗和提高开关频率，软开关的应用越来越多。 电力电子装置中磁性元件的体积和重量占很大比例，从电机学相关知识知道，使变压器、电力电子装置小型化、轻量化的途径是电路的高频化。但是, 传统的开关器件工作在硬开关状态，在提高开关频率的同时，开关损耗和电磁干扰也随之增加。所以，简单地提高开关频率显然是不行的。软开关技术是使功率变换器得以高频化的重要技术之一, 它应用谐振的原理, 使开关器件中的电流(或电压) 按正弦或准正弦规律变化。当电流自然过零时, 使器件关断(或电压为零时, 使器件开通) , 从而减少开关损耗。它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题, 而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。 当开关频率增大到兆赫兹级范围, 被抑制的或低频时可忽视的开关应

学位论文—基于新型谐振控制器的辅助逆变器控制器设计方法

河北科技大学 微电子概论结课论文 基于新型谐振控制器的辅助逆变器控制器 设计方法 学生姓名李元阳_____________ 学号12L0551012 ____________ 学生专业机械类_____________ 班级__! ________________ 二级学院__________ 指导教师赵甘露_____________ 河北科技大学 2013年11月

基于新型谐振控制器的辅助逆变器控制器设计方法 李元阳 （河北科技大学理工学院，石家庄， 080081） 摘要：提出一种基于新型谐振控制器的辅助逆变器控制器设计方法 ?系统阐述了电流环和电压 环的建模及设计方法?电流环有效抑制了数字延时的影响，提高了系统动态响应 ?基于新型谐 振控制器的电压环，有效减小了基波和谐波处的逆变器内阻， 达到了抑制不平衡负载和非线 性负载的目的?最后搭建了基于导 Function 的虚拟DSP 系统仿真模型，并通过实验验证了这 种控制 方法的优越性. 关键词：辅助逆变器；谐振控制器；不平衡负载；非线性负载 Auxiliary inverter controller design method based on new resonant controller CHEN Jie, D UHuiqing, SANG Lei, DIA 0 L 红 un 丄I U Zhigang （Heibei Uni versity Of Scie nee And Techoology , Shijiazhua ng,050081 ， Chi na ） Abstract:This paper presents a design method of auxiliary inverter which based on the new resonant con troller. The paper systematically elaborates the modeli ng and desig n method of curre nt and voltage loop. Current loop suppresses the in flue nee of the digital delay effectively, and improves the dyn amic resp onse of the system. Voltage loop based on the new resonant con troller reduces the in ternal resi n tance of the fun dame ntal and harm onics effectively, which achieves the purpose of suppress ing un baF an ted and non li near load. Fin ally, the paper builds the virtual DSP system based on the 导 Function, and the superiority of the control method is illustrated by experiments. Key words: auxiliary in verter; resonant con troller; un bala need load; non li near load 伴随着中国城市化进程的加快，城市轨道交通也得到了迅速发展 ?辅助变流器作为轨道 交通车辆的重要部件之一，也引起了国内各大厂商的重视 .为了提供更为舒适的乘车环境， 城市轨道交通车辆内的用电设备也变得多样化 .从以前单一的三相平衡负载发展到现在的不 平衡负载和非线性负载?这就要求辅助逆变器的结构和控制方法要有新的发展，以适应负载 变化的要求 ? 类:一类通过外接变压器形成中性点 （4/ Y 。逆变器11］和中点形成变压器I zl ）;另一类通过输出 滤波电容形成中性点（矩阵变换器［3］和分裂电容逆变器I 4l.由于外接变压器的方法增加了逆 变器的重量、体积和花费，而矩阵变换器控制方法较为复杂，增加的桥臂，降低了系统可靠 性?因此，本文论证的辅助逆变器采用分裂电容形式 分裂电容逆变器的传统控制算法基于坐标变换 }s}，在＜1q 轴下采用PI （或PID ）控制器, 就能达到较好的控制性能?然而这种方法却受限于辅助逆变器复杂的负载条件，在不平衡负 载下无法抑制零序分量，非线性负载下无法抑制谐波分量 一 种在各种负载条件下均能达到较好控制性能的新型控制器 ?因此，需要 ?如果不考虑逆变器输出三相滤 波电感之间的磁路藕合， 可将分裂电容逆变器等效成 3个独立的半桥逆变器， 这样就可以引 入半桥逆变器成熟的控制算法，例如 PID 控制I }1，无差拍控制I }1，重复控制}A},H 二控 制I9］和谐振控制器等. 本文作者基于传统谐振控制器的构建方法， 提出了基于新型谐振控制器的双闭环控制策 传统的辅助逆变器只需提供三相平衡电压, 要求，但新的城轨车辆中包含大量不平衡负载 求辅助逆变器提供中性点，以形成三相四线制 所以采用简单的三相三线制逆变器就能满足 （如电热、单相接触器和单相插座等 ），这就 要

LLC谐振变换器工作原理

LLC半橋諧振變換器

LLC半橋諧振變換器組成 串联谐振电感Ls、并联激磁电感Lp和谐振电容Cs组成LLC谐振网络，還包含兩個功率Mosfet(Q1和Q2)組成上下开关管，諧振變壓器，D1，D2，輸出濾波電容C2。

LLC半橋諧振變換器特點 1.基于LLC谐振网络的半桥变换器具有EMI小、效率高等优点，与 PWM控制变换器相比有着其独特的应用领域； 2. llc谐振变换器是通过调节开关频率来调节输出电压的，也就是在不 同的输入电压下它的占空比保持不变，它的掉电维持时间特性比较好，可以广泛地应用在对掉电维持时间要求比较高的场合； 3. llc谐振变换器中副边二极管上的电压应力比不对称半桥变换器小很 多，因为，在llc谐振变换器中副边二极管上的电压应力是输出电压的2倍，因此，在llc谐振变换器中可以选择耐压比较低的二极管，从而可以提高电路的效率； 4.在llc谐振变换器中上下开关管的占空比是相等的； 5.在轻负载时，工作频率逐渐升高，工作在降压区域内；而在重负载 时，工作频率逐渐降低，工作在升压区域内； 6.原边输入电压为方波，电流为近似正弦波，而变压器输出电压也是 方波，电流也是正弦波； 7.在全负载范围内都具有较高的转换效率，而且频率变化范围比较窄 等.

LLC半橋諧振變換器的變壓器 LLC谐振网络需要两个磁性组件Ls和 Lp。然而，在实现应用中，考虑到高 频变压器实现结构，可以把磁性组件 Ls和Lp集成在一个变压器内，利用变 压器的漏感作为Ls，利用变压器的磁 化电感作为Lp。采用原副边分开绕制 的方法增加漏感，利用该漏感作为谐 振电感，这样一来，可以大大减少磁 性组件数目。在设计时，只要重点设 计变压器的漏感与变压器磁化电感即 可。因此，为增加漏感，需要在变压 器中加入适当的气隙，并且控制变压 器原副边的绕线方式，如图4所示。 因为变压器的原边绕组与副边绕组是 完全分离的，因此无须使用隔离胶带， 这样有助于形体的小型化。

谐振变换器的软开关总结

谐振变换器的软开关类型 1 所有的开关管实现ZCS 参考文献： [1] Y.H. Chung, PhD B.S. Shin, MSc G.H. Cho, PhD．Bilateral series resonant inverter for high frequency link UPS. [2] Muneaki Ishida, Hitoshi Fujino, and Takamasa Hori．Real-Time Output V oltage Control Method of Quasi-ZCS Series Resonant HF-Linked DC-AC Converter. [3] 串联谐振型单级高频链逆变技术研究 这类串联谐振型变换器的特点是保持开关频率与谐振频率同频，变换器工作在固定频率，固定占空比50%情况下，控制器采用谐振频率的倍频信号作为开关管同步调整的基准信号，使得开关管在谐振电流的过零点开通，下一个过零点关断。实现所有开关管的ZCS开通和关断。 2 串联谐振移相控制实现ZVS 参考文献： [1]Constant Switching Frequency Series Resonant Three-port Bi-directional DC-DC Converter [2]Three-port series-resonant DC–DC converter to interface renewable energy sources with bidirectional load and energy storage ports 左图所示电路，通过调节第一个端口中桥臂之前的移向角度，控制变压器输出电压V h1的基波幅值，通过控制端口1电压V h1和V h2之间的移相角度，控制端口能量的传递。 右图所示的电路，通过调节输入端口与输出端口之间的移相角度，控制传递功率的多少。 上述的公式给定了该变换器软开关实现的条件。

第七章：电力电子习题解答

第七章软开关技术 习题及思考题 １．高频化的意义是什么？为什么提高开关频率可以减小滤波器的体积和重量？为什么提高开关频率可以减小变压器的体积和重量？ 答：高频化可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化，从而有效的降低装置的体积和重量。使装置小型化、轻量化是高频化的意义所在。提高开关频率，周期变短，可使滤除开关频率中谐波的电感和电容的参数变小，从而减轻了滤波器的体积和重量；对于变压器来说，当输入电压为正弦波时，U＝4.44·f·N·B·S，当频率f提高时，可减小N，S参数值，从而减小了变压器的体积和重量。 ２．软开关电路可以分为哪几类？其典型拓扑分别是什么样子的？各有什么特点？ 答：根据电路中主要的开关元件开通及关断时的电压电流状态，可将软开关电路分为零电压电路和零电流电路两大类；根据软开关技术发展的历程可将软开关电路分为准谐振电路，零开关PWM电路和零转换PWM电路。 准谐振电路：准谐振电路中电压或电流的波形为正弦波，电路结构比较简单，但谐振电压或谐振电流很大，对器件要求高，只能采用脉冲频率调制控制方式。 零电压开关准谐振电路的基本开关单元零电流开关准谐振电路的基本开关单元零开关PWM电路：这类电路中引入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，此电路的电压和电流基本上是方波，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。 零电压开关PWM电路的基本开关单元零电流开关PWM电路的基本开关单元零转换PWM电路：这类软开关电路还是采用辅助开关控制谐振的开始时刻，所不同的是，谐振电路是与主开关并联的，输入电压和负载电流对电路的谐振过程的影响很小，电路在很宽的输入电压范围内并从零负载到满负载都能工作在软开关状态，无功功率的交换被消减到最小。

准谐振、零电流开关DC-DC转换器

为了减小体积和重量，60年代出现了开关频率高于市电工作频率的开关转换器。最初，开关转换器的工作频率在 20 kHz – 30 kHz 之间。70年代以后，随着先进器件(比如高速晶体管)的推广应用，开关频率可达到超过 100 kHz。但是，随开关频率升高而增大的开关损耗，严重影响开关转换器的性能。为了减小开关损耗，出现了开关频率高达 1 MHz 的准谐振、零电流开关 (ZCS) DC-DC 转换器。每个开关器件均在零电流时导通与关断，这样开关损耗只与导通电流有关而与开关频率无关。在每个开关周期内，转换器都向输出端传输高频能量。 目前，开关转换器通常都封装成高功率密度的砖式模块，如图1 所示。电源系统设计师在选择 DC-DC转换器模块时，通常只考虑体积、效率和价格，但很少考虑电路结构。由于目前转换器采用的电路结构(基本的电源转换电路)有许多种，所以了解转换器的电路结构，有助于选择适当的转换器。 图1 - 高密度 DC-DC 转换器模块，根据输入电压、输出电压和输出功率不同，转换器模块有上千种组合。这里显示的是体积最小的模块；尺寸为 2.28 x 1.45 x 0.5 英寸 (57.9 x 36.8 x 12.7 mm)，最大输出功率可达 150 W。 本文主要说明准谐振、零电流开关 DC-DC 转换器的电路结构和工作原理。还讨论各种电路结构的不同特点和某些优点。 图2 是一个准谐振、零电流开关 DC-DC 转换器的简化电路图。由于单只固体开关导通时，能量由电源传输到负载，所以这种转换器称为单端正激转换器。该转换器为准谐振转换器，开关在零电流处转换，真正消除了开关损耗。但是，它又与谐振转换器不同，电容器 Cr 中贮存的能量不能返回到电感 Lr 中。