20170608-谐振去磁正激变换器的稳态分析
正激电源谐振去磁
正激电源谐振去磁正激电源谐振去磁是电力系统中常见的一种技术，用于实现电力设备的无功补偿和电能质量的提高。
在电力系统中，电源的负载通常由电感元件和电容元件组成，而这两个元件之间的阻抗差异会导致电压的不稳定和无功功率的浪费。
通过正激电源谐振去磁技术，可以有效地解决这些问题。
我们来了解一下正激电源的基本原理。
正激电源是一种由谐振电路构成的电源系统，它由电容、电感和开关器件组成。
在正激电源工作时，电容和电感之间形成一个谐振回路，通过开关器件来控制电路的通断，从而实现对电路的调节和控制。
在正激电源谐振去磁过程中，主要是通过谐振回路中的电感来实现对系统无功功率的补偿。
当电容和电感之间的电压达到峰值时，开关器件将关闭，此时电容器上存储的电能会被释放到电感中。
由于电感的特性，电能将被转化为磁能，并储存在电感中。
当开关器件再次打开时，电感中的磁能将被释放出来，通过电容器和负载电感器之间的互感作用，实现对系统无功功率的补偿。
通过正激电源谐振去磁技术，可以实现对系统无功功率的补偿和电能质量的提高。
首先，正激电源谐振去磁可以将电容器上存储的电能转化为磁能，并储存在电感中，从而减少了系统中的无功功率浪费。
其次，通过电感的能量传递和释放，可以实现对系统无功功率的补偿，提高了系统的功率因数和电能质量。
正激电源谐振去磁技术在电力系统中具有广泛的应用。
例如，在变电站中，可以利用正激电源谐振去磁技术对变压器进行无功补偿，提高变电站的电能质量。
在电力电子设备中，正激电源谐振去磁技术可以用于对电容器进行无功补偿，减少电力电子设备的无功功率浪费。
正激电源谐振去磁技术是一种重要的电力系统技术，通过谐振回路中的电感，实现对系统无功功率的补偿和电能质量的提高。
它在电力系统中具有广泛的应用，可以有效地解决电力设备中的无功功率浪费问题。
正激电源谐振去磁技术的发展将进一步推动电力系统的高效运行和电能质量的提升。
20170408-四种去磁正激变换器的比较
2
Ns
D2
Vc Np
Dc
Ns
D2
Vg
Dc
S
S
(c): 三绕组去磁
(d): RCD 去磁
2：变压器电压波形的比较：
Vg Tm/2 DTs Ts Ts
(a) 谐振去磁 (b) 有源去磁
Vg
DTs
Vcp
-Vc1
Vg
Vg
DTs
-Vg Ts
DTs Ts
三绕组去磁 (d) RCD
-Vc1
(c)
去磁
1
3：变压器一个开关周期内 BH 回线的比较：
B
Bsat
B
Bsat
∆B
im = Hl / Np
∆B
im = Hl / Np
vgs
Im 1
Im
Im 2
im
vgs
Im 1
Im = 0
Im 2
im
t
t
t
t
(a)谐振去磁
B
Bsat
(b)有源去磁
B
∆B
Bsat
∆B Br
im = Hl / Np
im = Hl / Np
vgs
im
vgs
Im 1 Im
Im 2
有源去磁
三绕组去 磁
0.6~0.7 左 右效率最 高,可实现 ZVS。 0.48 左右, 效率较低。
最复杂
较不 可靠
简单
最可靠
RCD 去磁
0.6~0.7 左 右,效率最 低。
较简单
较可靠
有关谐振去磁和有源去磁正激变换器的工作原理、详细分析、参数设计、优缺点比较和典型 的应用等等，将会在后面再行介绍。im Nhomakorabeat
深入剖析正激电源的谐振去磁技术
深入剖析正激电源的谐振去磁技术
一、概述
单端正激型开关电源只使用一支功率开关管，整体电路结构比较简单，在中小功率输出的场合得到了广泛的应用。
但这种拓扑结构形式的特点是功率变压器工作于B-H曲线的第一象限，变压器存在磁心饱和的潜在隐患，必须采用适当的去磁方法，将功率变压器在开关导通时存储的磁化能量在截止期间泻放或者消耗掉。
否则，经过多个开关周期后，由于剩磁作用，变压器的工作点逐渐上移，极易由于磁心饱和而产生近似短路状态，导致功率开关管上流过较大的电流，超过其额定值而烧毁。
工程中常用的经典去磁方法包括增加去磁绕组、有源嵌位、R-C-D嵌位法、ZVT嵌位法等，其共同思路是：在主功率开关截止后，通过一定的途径，使变压器中剩余的磁化能量进行泻放或者消耗在无源功率电阻上。
实际上，由于目前的开关电源普遍采用MOSFET作为功率开关，因此仅利用其分布参数也能够较好的完成去磁工作，即采用谐振技术进行去磁。
谐振去磁的基本原理为：在功率开关截止后，利用变压器的自感和电路中元器件的分布电容进行谐振，将变压器的磁化能量进行转移。
这样，省去了相对复杂的去磁设计，使得电路结构得到简化。
二、谐振去磁的工作原理
在分析利用谐振技术进行变压器去磁的工作原理之前，首先作出以下假设：
（1）整个系统处于动态平衡的稳定状态。
（2）输出电感LO与输出电容CO与参与谐振的分布元件相比，近似为无穷大。
第08章谐振开关型变换器
图 8.6 (a) ZCS PWM Buck DC/DC 变换器
开关状态3：VD向负载供电 开关状态4：谐振阶段Ⅱ
开关状态5：T1断态，Do续流
8.4.1 零电流关断脉冲宽度调制(ZCSPWM)变换器工作原理
开关状态1：t0<t<t1
D1 T1 VD
Lr
iL
T2
Cr
Io
D2 iDo
Do
主电路组成
工作原理
关断T2后引发LrCr谐振， 使主开关管T1的电压vT=0。
再对T1施加驱动信号实现 T1的零电压开通。
+ V T-
T
VD
Lf i f=I o
Do Cf
Io +
R Vo
-
图8.1(a) 硬开关电路
图 8.4（a）Buck DC/DC ZVS PWM变换器电路图
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制(ZVSPWM)变换器工作原理
关断（C→A→P→A）：iT从Io→0期间vT从0→VD， 然后在iT=0下从A→P→A，Poff’显著减小。
缓冲软开通：A－Q－E－C
iT 缓冲软关断：C－A－P－A
C Io
EB
O
图8.1(b) 有LC复合缓冲的软开关电路
Q A P vT
VQ VD VCEP
开关轨迹
8.1 硬开关、LC缓冲软开关和LC谐振零开关基本特性
t＝t6时，iL＝0， Vcr＝VT1＝0，T2早已关断， 此后VD经T1、Lr建立iT1。 t=t8时，iT1＝Io，D0截止，完成T1开通过程。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制(ZVSPWM)变换器工作原理
开关状态5：t8<t<t10
稳态消谐法在零序电阻消除铁磁谐振分析中的应用
（． １解放军后勤工程学 院 机械 电气工程系 ， 庆 ４ １ １ ； 重 ０ ３ １ ２沈 阳工业大学 电气工程学院 ， ． 辽宁 沈 阳 １ ０ ７ ） １１ ８
摘
要 ： 一稳 态 消谐 法是 近 年 出现 的 消 除非 线 性 系统谐 振 新 的 分 析 方 法 。 该 方 法 的 基 本 思 想 是 如 果 非 线 性 系统 ・ 唯
通过 大量 的实验 数 据 得 到各 种 经 验结 论 ； 二 是进 第
行数值 模 拟和仿 真 Ｌ ， 过建 立模 型 ， ５ 通 ］ 在大 范 围内
改变参 数 ， 过计 算机计 算 得到或 验证 参数 的范 围。 通
直没 有确 切 的答案 。
唯一稳 态消谐 法是 近年 出现 的消除非线 性 系统 谐 振新 的分 析方法 ［ 。该 方法 的基本思 想是如 果 非 ６ ］
Ｋ Ｋ ， 围绕线性部 分 的变 化分量 。
对 图 １ 不难得 到其状态 方程 为 ： ，
一 一“ 一 － （ ＋ ＲＮ ｉ
，、 ‘ ，、 ＿
ｅ
一
警 一 一 一 ＋ ） 一 （ ｉＮ ｕ Ｒ
一 一 一 ｋ 一 （ｋ ＋
第 三 是 理论 研 究 Ｌ ， ７ 即对 这 种 谐 振建 立 相 应 的数 ］
学模型 ， 通过对模型的理论分析 ， 了解这种谐振的机
理， 并且 寻找 消除谐 振 的方法 。这 三种方 法 中 ， 理论
分 析具有 决定 性 的意 义 ， 主要 有 作 图法 ［ ］谐 波 平 １ 、 衡法 引、 面 相 图法 ， ・ 平 幅频 法 、 述 函数法 引、 描 一
第 ２卷 第 １ ９ 期
２ ０１１ １ 年 月
20170406-正激变换器的谐振去磁
(a): 电路原理图 (b): 变压器电压及激磁电流波形
图1：包含寄生参数的基本正激变换器
(a): 电路原理图(b): 变压器电压及激磁电流波形
图2：在Coss上并联一个电容Cc的正激变换器
C所得。
其中图2(a)是在图1(a)的基本正激变换器上，通过在S两端并上一个外加的电容c
并上合适的电容c C 后，可以降低S 截止时的变压器激磁电感m L 与总电容c oss r C C C +=的谐振频率，同时降低谐振时的特性阻抗r
m o C L Z =
，使得谐振间隔内，变压器上反向电压的
峰值大大减小（就可以选择更低电压额定的MOSFET S1和二极管D1），如图2(b)所示。
这种在基本正激变换器之开关S 的两端，外并一个合适的电容c C ，
通过变压器激磁电感m L 和电容r C 的谐振，来保证正激变换器在S 截止时，变压器上所产生的反向去磁伏秒与S 导通时，在变压器上所产生的正向伏秒的平衡，及获得最好稳态性能的方法，称为谐振去磁，所组成的变型正激变换器被叫作谐振去磁正激变换器。
实际应用中，这个外加的谐振去磁电容r C ，还可以与变压器原边的激磁电感并联，或者与副边的整流二极管并联，其电路结构分别如图3(a)和图3(b)所示。
(a): 与变压器原边并联 (b): 与副边整流二极管并联
图3：另外两种结构的谐振去磁正激变换器。
谐振放大器不稳定工作原因以及克服自激的方法
谐振放大器不稳定工作原因以及克服自激的方法
谐振放大器是一种广泛应用于射频领域的放大器，其工作原理基于谐振回路的共振特性。
然而，在实际应用中，谐振放大器不稳定的情况时有发生，主要表现为自激现象，即输出信号被反馈到放大器本身，引起放大器不稳定振荡。
谐振放大器不稳定的原因主要有以下几点：
1. 回路设计不合理：回路元件的选择、拓扑结构的设计等方面
存在问题，导致谐振回路的共振频率不稳定或者频带范围偏窄。
2. 负载匹配不良：负载与放大器之间的匹配不够理想，导致反
射信号回到放大器本身，引起自激。
3. 激励信号过强：过大的激励信号会引起放大器过载，导致反
馈信号增强，自激现象更加明显。
为了克服谐振放大器的自激现象，可以采取以下方法：
1. 加入稳定电路：在谐振回路的输入和输出端加入稳定电路，
如阻抗匹配网络、反馈抑制电路等，从而降低反馈系数，减小自激的程度。
2. 调整负载匹配：优化负载与放大器之间的匹配，使得反射信
号尽可能小，从而减少自激的可能。
3. 控制激励信号：控制激励信号的大小和相位，使其不过强，
从而降低过载的可能性，减少自激现象。
总之，谐振放大器的不稳定工作主要是由于回路设计不当、负载匹配不良和激励信号过强等因素引起的自激现象。
通过加入稳定电路、
调整负载匹配和控制激励信号等方法，可以有效地减小自激的程度，提高谐振放大器的稳定性和可靠性。
PT谐振变换器的建模与仿真
PT谐振变换器的建模与仿真随着电力系统的迅速发展和智能化水平的提高，新能源的接入和电力质量的要求越来越高。
而谐振变换器作为一种高效、稳定的电力变换装置，在电力系统中得到了广泛应用。
PT谐振变换器是一种基于谐振原理工作的变换器，其建模和仿真是对其工作特性进行深入研究的前提和基础。
PT谐振变换器的建模是通过对其电路和元件进行数学描述和建立等效电路模型来实现的。
首先，需要确定谐振变换器的拓扑结构和元件参数。
通常，PT谐振变换器由谐振电感、变压器、开关器件等组成。
其次，根据电路的基本原理和电压电流的关系，利用电路分析的方法建立数学方程，并结合电感、电容等元件的特性方程，得到谐振变换器的状态方程。
最后，根据电路的动态特性和控制策略，建立控制模型和开关模型，以实现对谐振变换器的稳定控制和运行。
PT谐振变换器的仿真是通过计算机软件进行的。
仿真可以模拟谐振变换器在不同工况下的电压、电流、功率等参数的变化，从而评估其工作性能和稳定性。
仿真可以帮助研究人员分析谐振变换器的动态特性，优化电路结构和参数设计，提高谐振变换器的效率和可靠性。
在仿真过程中，需要输入合适的电源和负载条件，选择适当的控制策略和参数，进行系统的稳定性分析和性能评估。
PT谐振变换器的建模和仿真对于电力系统中的谐振变换器的设计和应用具有重要意义。
通过建立准确的数学模型和进行有效的仿真分析，可以为谐振变换器的设计和控制提供理论依据和实验数据。
同时，建模和仿真还可以加快谐振变换器的研发进程，降低实验成本和风险。
因此，PT谐振变换器的建模和仿真在电力系统领域具有广泛的应用前景和研究价值。
总之，PT谐振变换器的建模与仿真是对其工作特性进行研究的重要手段。
建模过程通过数学描述和等效电路模型的建立，实现对谐振变换器的电路和元件的描述和分析。
仿真过程通过计算机软件模拟谐振变换器的工作状态和性能，实现对其动态特性的评估和优化。
PT谐振变换器的建模与仿真为谐振变换器的设计和应用提供了重要的理论依据和实验数据，对电力系统具有重要意义。
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谐振去磁正激变换器的稳态分析
普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士
图1是谐振去磁正激变换器和它的稳态分析电路。
图2是在忽略输出电压开关纹波条件下的
(t V g )(t
(t V g )
t
(a) 原理图 (b) 稳态分析用电路
图1 谐振去磁正激变换器和它的稳态分析电路
CCM
图2 谐振去磁正激变换器在CCM 下的典型波形
当谐振去磁正激变换器工作在CCM 稳态时，在一个开关周期内共有四个不同的工作模式，每个工作模式的等效电路如图3所示，各模式的工作原理为：
(a)： 模式 [1] (b)：模式 [2]
(c)： 模式 [3] (d)： 模式 [4]
图3 CCM 下的三个等效电路
模式[1]：D1与D2换流模式，[t 0-t 1]：
该模式从主管S 关断开始，到续流二极管D2导电结束。
时间很短， 该区间内的激磁
电流和副边折射至原边的电流一起对Cc 和Coss 充放电，至变压器原边电压等于零. 模式[2]：续流模式(1)[谐振去磁模式]，[t 1-t 2]
该模式从二极管D1关断，D2开通开始，至去磁结束为止。
此时副边是续流阶段，原边是去磁过程，它的去磁由激磁电感与等效电容Ce 的谐振实现，这也是谐振去磁名称的由来。
其中：2N C C C C d c oss e ++=
模式[3]：续流模式2 [t 2-t 3]
该模式从原边去磁完成开始, 到开关管S 的触发导通结束，副边仍为续流模式。
模式[4]: 传能模式[t 3-T s ]
该模式从主管导通开始，到其关断结束， 此区间内输入向输出传递能量，原边激磁电感电流线性增加。
从CCM 模式下的理想稳态波形，根据输出滤波电感上的稳态伏秒平衡定律，即
s o s o g
T D V DT V N
V )1()(
−=− 可得与三绕组去磁正激变换器完全相同的输入/输出稳态关系。
但经推导，其还有一些如下的关系：
模式[1]的时间间隔：N
I V C C t t t o g
oss c /I )(1m 011+×+=−=∆ （1）
模式[2]的时间间隔：m
t t t ωπ
=
−=∆122 （2） 模式[3]的时间间隔：21233)1(t t T D t t t s ∆−∆−−=−=∆ （3） 激磁电感电流的幅值：m
s
o m s g L T NV L dT V 22I I 2m 1m ×=
×=−= （4） 其中：e
m m C L 1
=
ω，模式[4]的时间间隔即为控制间隔s DT ，1t ∆一般很短，通常可忽略不计。
为使开关S 上的电压应力最小，可将低限/满载时的谐振去磁间隔m
t ωπ
=
∆2正好等于s T D )1(max −。
在这种设计下，谐振电容电压的幅值和谐振频率分别为：
min max max
12g cp V D D V −=
π
，s e
m m T D C L )1(1max −=
=
π
ω
从激磁电流的波形可知，激磁电流的平均值为一个很小的负电流，也可用0I m ≈近似。
但其对应的磁密且在BH 的第一和第三象限中变化， 如图3所示。
磁密的绝对变化大小为，m B B 2=∆， 其中2/B B m ∆=为磁密幅度。
在谐振去磁正激变换器中，变压器的利用率高于三绕组去磁正激变换器中的变压器。
图3 谐振去磁的变压器磁密变化
谐振去磁正激变换器在DCM 下的稳态关系与三绕组去磁正激变换器在DCM 下的稳态关系完全一致，所不同的是去磁部分的关系。