零电流开关准谐振电路
各类基本电源拓扑结构介绍
各类电源拓扑构造分析一．非隔离型开关变换器1. 降压变换器〔Buck 〕：输入输出极性一样。
由于稳态时，电感充放电伏、秒积相等，因此，输入输出电压关系为： (Ui-Uo)*ton=Uo*toff => Uo/Ui=ton/(ton+toff)=Δ => Uo/Ui=Δ(占空比)。
Chart 1: buck circuit topology在S 导通时，输入电源通过L 和C 滤波后向负载端提供电流；当S 断开后，L 通过二极管续流，保持负载电流连续。
输出电压因为占空比的作用，不会超过输入电源电压。
2. 升压变换器〔Boost 〕：输入输出极性一样。
利用同样的方法，根据稳态时电感L 的充放电伏、秒积相等的原理，推导出输入输出电压关系为：Uo/Ui=1/(1-Δ)。
Chart 2: boost circuit topology开关管S 和负载构成并联，在S 导通时，电流通过L 滤波，电源对L 充电。
当S 断开时，L 向负载及电源放电，输出电压将是Ui+U L ，到达升压的目的。
3. 逆向变换器〔Boost-Buck 〕：升、降压斩波器，输入输出极性相反，电感传输能量。
电压关系：Uo/Ui= -Δ/(1-Δ)Uo IUo I D D LChart 3: boost-buck circuit topology在S 导通时，输入电源仅对电感L 充电；当S 断开时，再通过电感对负载放电来实现电源传输。
所以，这里的L 用于传输能量。
4. 丘克变换器〔Cuk 〕：升、降压斩波器，输入输出极性相反，电容传输能量。
电压关系：Uo/Ui= -Δ/(1-Δ)。
Chart 4: cuk circuit topology在S 导通时，Ui 对L1充电。
当S 断开时，Ui+L1通过D 对C1进展充电。
再当S 导通时，D 关断，L1继续充电，C1通过L2、C2滤波对负载放电。
所以，这里的C1用于传输能量。
UoUo SD二．隔离型开关变换器1．推挽型变换器：图5：推挽型变换电路S1和S2轮流导通，将在二次侧产生交变的脉动电流，经过全波整流转换为直流信号，再经L 、C 滤波，送给负载。
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
5.2-zcs准谐振buck_boost
当谐振电感中电流上升到 稳态输出电流 I0 时，阶段2 开始
谐振电感中电流 > 稳态输出电流 I0 时，开始对谐振电容充电，使 Dfw 反向偏置
7
零电流开关准谐振Buck变换器——工作原理
谐振电感电流：
diLr dt dvCr dt
(VS vCr (t )) Lr (iLr (t ) I 0 ) Cr
谐振电感被充电的时间为：
Lr IS 2 106 1.875 T1 =0.25 μs V0 15
（3）谐振电感中峰值电流为：
I Lr ,max V0 15 IS 1.875 4.86 A 6 9 Zn 2 10 / 79 10
（4）谐振电容中峰值电压为：
13
零电流开关准谐振Buck变换器——工作原理
阶段4（ t3 ＜ t ≤ TS）
t3 时刻，谐振电容两端电压 0，阶段 4 开始
Dfw 重新开通，流过输出电流 I0
阶段 4 持续时间： T4 TS T3 T2 T 1
通过控制续流时间 T4 可调节输出电压 Va
14
零电流开关准谐振Buck变换器——工作原理
零电流开关准谐振Boost变换器——工作原理
谐振电感回馈能量 输入电源，电流为负值 谐振电感电流 < IS 时，谐振电容电压增加 输出电压
24
零电流开关准谐振Boost变换器——工作原理
谐振阶段持续时间：T2 = t2 – t1，令 iLr(T2) = 0
VS i Lr (T2 ) 0 IS sin nT2 Zn
零电流开关准谐振 变换器
—— Buck&Boost 变换器
1
参考文献
《电力电子技术》(第六七八章)习题答案
第6章 PWM 控制技术1．试说明PWM 控制的基本原理。
答：PWM 控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。
即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
在采样控制理论中有一条重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，冲量即窄脉冲的面积。
效果基本相同是指环节的输出响应波形基本相同。
上述原理称为面积等效原理以正弦PWM 控制为例。
把正弦半波分成N 等份，就可把其看成是N 个彼此相连的脉冲列所组成的波形。
这些脉冲宽度相等，都等于π/N ，但幅值不等且脉冲顶部不是水平直线而是曲线，各脉冲幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到PWM 波形。
各PWM 脉冲的幅值相等而宽度是按正弦规律变化的。
根据面积等效原理，PWM 波形和正弦半波是等效的。
对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM 波形。
可见，所得到的PWM 波形和期望得到的正弦波等效。
2．设图6-3中半周期的脉冲数是5，脉冲幅值是相应正弦波幅值的两倍，试按面积等效原理计算脉冲宽度。
解：将各脉冲的宽度用i（i =1, 2, 3, 4, 5）表示，根据面积等效原理可得1=m5m 2d sin U t t U ⎰πωω=502cos πωt - =0.09549(rad)=0.3040(ms)2=m525m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=5252cos ππωt -=0.2500(rad)=0.7958(ms)3=m5352m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=53522cos ππωt -=0.3090(rad)=0.9836(ms)4=m5453m 2d sin U t t U ωϖππ⎰=2=0.2500(rad)=0.7958(ms)5=m54m2d sin U tt Uωϖππ⎰=1=0.0955(rad)=0.3040(ms)3. 单极性和双极性PWM 调制有什么区别？三相桥式PWM 型逆变电路中，输出相电压（输出端相对于直流电源中点的电压）和线电压SPWM 波形各有几种电平？答：三角波载波在信号波正半周期或负半周期里只有单一的极性，所得的PWM 波形在半个周期中也只在单极性范围内变化，称为单极性PWM 控制方式。
电力电子技术简答题
1。
晶闸管导通和关断的条件是什么?。
晶闸管可否作线性放大器使用？为什么？要使晶闸管由导通变为关断，可利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下,即降到维持电流以下，便可使导通的晶闸管关断。
晶闸管不能作线性放大器使用。
因为它只有两种状态（导通和截至），没有晶体管、场效应管那样的线性工作区（放大状态）2。
在有源逆变的整流系统中，逆变颠覆的原因是什么?答:逆变运行时，一旦发生换流失败,外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或者使变流器的输出平均电压和直流电动势变为顺向串联,由于逆变电路内阻很小,形成很大的短路电流，称为逆变失败或逆变颠覆。
防止逆变夫败的方法有：采用精确可靠的触发电路，使用性能良好的晶闸管,保证交流电源的质量，留出充足的换向裕量角 等.逆变失败的原因：触发电路工作不可靠,不能适时、准确地给各晶闸管分配脉冲,如脉冲丢失、脉冲延时等,致使晶闸管不能正常换相.晶闸管发生故障，该断时不断，或该通时不通。
交流电源缺相或突然消失。
换相的裕量角不足,引起换相失败。
3。
谐振开关逆变技术的主要思想是什么？主要解决电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关频率可以大幅度提高。
通过在开关过程前引入谐振，使开关开通前电压先降到零,关断前电流先降到零，就可以消除开关过程中电压、电流的重叠，降低他们的变化率，从而大大减小甚至消除开关损耗。
同时，谐振过程限制了开关过程中的电压和电流的变化率，这使得开关噪声也明显减小。
4。
简述现代电力电子技术主要研究的内容及其应用领域.现代电力电子技术，是弱电和强电的接口,是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
因此，其主要研究内容为：利用大功率电子器件对电能进行变换和控制，分为电力电子器件构成各种电力变换电路和对这些电路进行控制的技术，以及由这些电路构成电力电子装置和电力电子系统的技术即交流技术还有电力电子制造技术.应用领域：电力电子技术的应用范围十分广泛，它不仅用于一般工业,也广泛应于于交通运输、电力系统、通信系统、计算机系统、新能源系统等,在照明、空调等家用电器及其他领域也有着广泛的应用。
零电压开关准谐振电路原理
零电压开关准谐振电路原理
零电压开关准谐振电路是一种电路结构，用于实现高效率的电压转换。
在该电路中，通过控制开关管的导通和截止，使得电感和电容形成一个准谐振回路。
当开关导通时，电感储存能量，当开关截止时，电感释放储存的能量，从而实现电压转换。
该电路的原理是利用开关管的导通和截止，使得电感和电容之间的能量转移达到最大化。
当开关导通时，电流流经电感，此时电感储存了能量。
当开关截止时，电感的磁能转化为电容的电能，从而实现电流的反向传输。
通过控制开关的导通和截止时间，可以使得电感和电容之间的能量转移损耗最小，从而实现高效率的电压转换。
零电压开关准谐振电路的主要优点是转换效率高，损耗小。
同时，由于采用了准谐振结构，可以实现高频操作，从而减小电路的尺寸和成本。
因此，该电路被广泛应用于电力传输和电压转换等领域。
开关电源谐振电路原理
开关电源谐振电路原理
开关电源谐振电路是一种用于开关电源的电路拓扑，它利用谐
振现象来实现高效能量转换。
谐振电路的原理基本上是利用电感和
电容的谐振特性来实现开关管的无损耗开关，从而减小功率开关器
件的损耗，提高整个开关电源的效率。
在开关电源谐振电路中，一般会使用谐振电容和谐振电感来构
成一个谐振回路。
当开关管关闭时，能量从输入端储存在电感和电
容中。
当开关管打开时，储存在电感和电容中的能量被释放，从而
提供给负载。
这种谐振现象可以减小开关管的开关损耗，提高整个
开关电源的效率。
另外，开关电源谐振电路还可以分为串联谐振和并联谐振两种
类型。
串联谐振电路中，电感和电容串联在开关管和负载之间，而
并联谐振电路中，电感和电容并联在开关管和地之间。
它们的工作
原理和特性略有不同，但都是利用谐振现象来提高开关电源的效率。
总的来说，开关电源谐振电路利用谐振现象来实现高效的能量
转换，减小开关损耗，提高整个开关电源的效率。
这种电路在实际
应用中具有重要的意义，可以在不同的电源设计中发挥重要作用。
谐振式开关电源电路图大全（准谐振反激式电源滤波器开关电源）
谐振式开关电源电路图大全（准谐振反激式电源滤波器开关电源）谐振式开关电源电路图（一）谐振式开关电源电路图（二）准谐振反激式开关电源原理分析准谐振反激式开关电源基本原理和等效原理图如图1、2所示。
其中Lm为原边励磁电感，Lk为原边漏感。
电容Cd包括主开关管Q的输出电容Coss，变压器的匝间电容以及电路中的其他一些杂散电容。
Rp为初级绕组的寄生电阻，包括变压器原边绕组的电阻，铜线的高频趋肤效应、磁材料的损耗以及辐射效应的等效电阻。
准谐振反激式开关电源工作在DCM或CRCM状态，副边二极管电流下降到零之后，电容Cd，原边电感Lp=Lm+Lk以及电阻Rp构成一个RLC谐振电路，主开关管Q两端电压Vds将产生振荡。
传统的反激式开关电源主开关管可能Vds振荡波形任一点处开通，视负载情况而定。
而准谐振反激式开关电源，不管负载情况如何，总是在当检测到Vds波形振荡到谷底时，控制器控制主开关管Q开通，降低主开关管Q的开通损耗，同时使得输出电容Cd上的能量损耗达到最小，波形图如图3所示。
图3准谐振模式的实现准谐振模式实现的具体电路如图4、5所示，辅助绕组电压检测信号与控制芯片的7脚相连。
在开关关断期间，如果检测7脚电压偏低及处于振荡的波谷时，通过芯片内部三个比较器，使得芯片内部的QR_DONE信号由0变为1，从而影响芯片内部的振荡器，开启下一周期。
谐振式开关电源电路图（三）准谐振电路分为零电压和零电流模式，理论上也有很多方法能实现准谐振变换，但是由于涉及到比较高的电压，很多方法并不适用于无输入变压器的所谓离线开关电源。
离开实际的电路很难讨论准谐振的原理，我们首先分析一下常见的反激式开关电源工作过程，然后探讨在反激式开关电源中引入零电压ZVC准谐振的方法。
如图2所示为反激式开关电源的基本电路原理图。
VT为开关管，T为高频变压器，D1为整流管，Vin为输入的直流电压，经初级绕组LP加到开关管的漏极（集电极），假定负载二极管为理想的开关。
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8.2 软开关电路的分类
Lr
Cr S1
L
Lr Cr S1 L
S
S
VD1 Ui
VD C
R
Ui
VD1
VD C
R
a)
b)
图 8-7 零转换PWM电路的基本开关单元 a）零电压转换PWM电路的基本开关单元 b）零电流转换PWM电路的基本开关单元
◆ 零 转 换 PWM电 路 ● 电 路 中 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，因 此输入 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 内和从 零负载 到满载 都能工 作在软 开关状 态，而 且电路 中无功 功率的 交换被 削减到 最小， 这使得 电路效 率有了 进一步 提高。 ●分类 ▲ 零 电 压 转换 PWM电 路（ Zero-Voltage-Transition PWM Converter—ZVT PWM） ▲ 零 电 流 转换 PWM电 路（ Zero-Current Transition PWM Converter—ZVT PWM）
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8.1.1 硬开关与软开关
◆软开关 ● 软 开 关 电 路中 增加了 谐振电 感Lr和 谐振电 容Cr， 与滤波 电感L、 电容C相 比， Lr和Cr的 值小 得多， 同时开 关S增加 了反并 联二极 管VDS， 而硬 开关电 路中不 需要这 个二极 管。 ● 降 压 型 零 电压 开关准 谐振电 路中， 在开关 过程前 后引入 谐振， 使开关 开通前 电压先 降到零 ，关断 前电流 先降到 零，消 除了开 关过程 中电压 、电流 的重叠 ，从而 大大减 小甚至 消除开 关损耗 ，同时 ，谐振 过程限 值了开 关过程 中电压 和电流 的变化 率，这 使得开 关噪声 也显著 减小。
引言
◆现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电 磁兼容性也提出了更高的要求。
◆电力电子电路的高频化 ●可以减小滤波器、变压器的体积和重量，电力电子装置小型化、轻量化。 ●开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰增大。
◆软开关技术 ●降低开关损耗和开关噪声。 ●使开关频率可以大幅度提高。
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8.1 软开关的基本概念
8.1.1 硬开关与软开关 8.1.2 零电压开关与零电流开关
2/22
8.1.1 硬开关与软开关
◆硬开关 ●开关过程中电压、电流均不为零，出现了重叠，有显著的开关损耗。 ●电压和电流变化的速度很快，波形出现了明显的过冲，从而产生了开关噪声。 ●开关损耗与开关频率之间呈线性关系，因此当硬电路的工作频率不太高时，开关损耗占
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8.2 软开关电路的分类
◆准谐振电路 ●分类 ▲ 零 电 压 开关 准谐振 电路（ Zero-Voltage-Switching Q uasi-Resonant Converter—ZVS Q RC） ▲ 零 电 流 开关 准谐振 电路（ Zero-Current-Switching Q uasi-Resonant Converter—ZCS Q RC） ▲ 零 电 压 开关 多谐振 电路（ Zero-Voltage-Switching Multi-Resonant Converter—ZVS MRC） ▲ 用 于 逆 变器 的谐振 直流环 节（Resonant DC Link）
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8.2 软开关电路的分类
◆零开关PWM电路
●电路中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。
●分类
▲零电压开关PWM电路（Zero-Voltage-Switching PWM Converter—ZVS PWM）
▲零电流开关PWM电路（Zero-Current-Switching PWM Converter—ZCS PWM）
Cr
S
Lr
A
VDS
Ui
VD
L
C
R
关断过程
S
O
uS (uCr)
开通过程
O
iS
O
iLr
uVDO
O
t0 t1 t2 t3t4t5 t6
a)
b)
图8-3 降压型零电压开关准谐振电路及波形 a）电路图 b）理想化波形
t
t t
t
tP t0
u
u
u
i
i
u
i
i
u u
0
t
0
t
P
0
t
0
t
a)
b)
图8-4 软开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
Cr
Lr
L
S VD
Lr S
Cr
L VD
Cr1 S
Lr Cr2
L VD
a)
a）零电压开关准谐振电路
b)
图 8-5 准谐振电路 b）零电流开关准谐振电路
c)
c）零电压开关多谐振电路
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8.2 软开关电路的分类
●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。 ●开关损耗和开关噪声都大大下降，也有一些负面问题
◆在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电压开关和零电流开关。
5/22
8.2 软开关电路的分类
◆软开关电路的分类 ●根据电路中主要的开关元件是零电压开通还是零电流关断， 可以将软开关电路分成零电压电路和零电流电路两大类，个别 电路中，有些开关是零电压开通的，另一些开关是零电流关断 的。
●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。
●同准谐振电路相比，这类电路有很多明显的优势：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U受Si C的r 电LSVr1D压明L显C降低R ，电路U可iS以LrCS采1r 用L开VD关频C开关PWM电路 a）零电压开关PWM电路 b）零电流开关PWM电路
总损耗的比例并不大，但随着开关频率的提高，开关损耗就越来越显著。
S
Ui
VD
L CR
a)
关断过程 开通过程
S O uS
O iS
uVOD
O
t0
t1
b)
图8-1 硬开关降压型电路及波形 a）电路图 b）理想化波形
u u
i
t
t
0
P
t
0
t
a)
u
i
i
u
i
t
0
P
0 t
b)
图8-2 硬开关过程中的电压和电流 a) 关断过程 b)开通过程
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8.1.2 零电压开关与零电流开关
◆零电压开通 ●开关开通前其两端电压为零，则开通时不会产生损耗和噪声。
◆零电流关断 ●开关关断前其电流为零，则关断时不会产生损耗和噪声。
◆零电压关断 ●与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，从而降低关断损 耗。
◆零电流开通 ●与开关串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，降低了开通损耗。
▲谐振电压峰值很高，要求器件耐压必须提高。 ▲谐振电流的有效值很大，电路中存在大量的无功功率的交换，造成电路 导通损耗加大。 ▲谐振周期随输入电压、负载变化而改变，因此电路只能采用脉冲频率调 制（Pulse Frequency Modulation—PFM）方式来控制，变频的开关频 率给电路设计带来困难。