软开关变换器2
软开关变换器
5.1.2 软开关的特征及分类
u i
0
ton t
p
0 （a）开通过程 t
u i
0
toff
t
p
0 （b）关断过程 t
图5-2 软开关的开关过程
➢ 通过在原来的开关电路中增加很小 的电感、电容等谐振元件，构成辅 助换流网络，在开关过程前后引入 谐振过程，使开关开通前电压先降 为零，或关断前电流先降为零，就 可以消除开关过程中电压、电流的 重叠，降低它们的变化率，从而大 大减小甚至消除开关损耗和开关噪 声，这样的电路称为软开关电路。
tontof 6
f
f
UCIC
5-1
➢在式工中作：电P压S —和功工率作管电开流关一损定耗的；条件下，功率管在每个开关周期中 的开关损耗ton是—功恒率定管的开，通变时换间器；总的开关损耗与开关频率成正比。 ➢开关损耗tfof的f——存功—在率功管限率开制管关了关频变断率时换；间器；开关频率的提高，从而限制了变换 器的小型U化C—和关轻断量后化功。率同管时承，受开的关电管压工；作在硬开关时还会产生较高 的di/dt和dIvC/d—t，导从通而后产流入生功较率大管的电电流磁。干扰。
L
r
di Lr dt
u Cr
Ui
C
r
du Cr dt
iLr
I0
5-5
5.1.3 谐振电路的构成与特性
iLr Ui
Lr uCr
➢ 假设在t0时刻，谐振电感的初始电流为
iLr(t0)=ILr0 ， 谐 振 电 容 的 初 始 电 压
Cr
I0
uCr(t0)=UCr0，解微分方程组（5-5），得 到
5.1.2 软开关的特征及分类
➢ 软开关技术问世以来，经历了不断的发展和完善，前后出 现了许多种软开关电路，新型的软开关拓扑仍不断的出现。
一种互补有源钳位软开关推挽变换器及其调制方法
一种互补有源钳位软开关推挽变换器及其调制方法随着电力电子技术的发展，交流变直流、直流变交流等能量互换需求逐渐增加。
在能源转换系统中，变换器作为一个核心部件，扮演了关键角色。
而互补有源钳位软开关推挽变换器作为一种新型的变换器结构，具有小型化、高效率、可靠性高等优点，在电力电子领域中得到了广泛的应用和研究。
互补有源钳位软开关推挽变换器的结构和原理互补有源钳位软开关推挽变换器是在传统有源钳位软开关推挽变换器的基础上发展而来的一种新型变换器结构。
其结构如图1所示，由六个功率器件（TR1-TR6）组成。
图1互补有源钳位软开关推挽变换器结构在工作过程中，TR1和TR4为主开关管，TR2和TR5为辅助开关管，TR3和TR6为旁路管。
当TR1、TR4导通，TR2、TR5关断，TR3、TR6导通时，变换器处于正半周工作状态。
而当TR1、TR4关断，TR2、TR5导通，TR3、TR6关断时，变换器处于负半周工作状态。
利用六个功率器件巧妙的组合方式，实现了变换器的全桥双向换能功能。
在工作过程中，传统的有源钳位软开关推挽变换器通常需要使用大容值的电容器，用以实现钳位功能。
而互补有源钳位软开关推挽变换器通过引入互补结构，大大减小了钳位电容的容值，降低了系统的成本。
互补有源钳位软开关推挽变换器调制方法互补有源钳位软开关推挽变换器的调制方法是实现其正常工作的关键。
传统的PWM调制技术对于这种新型结构的变换器来说已经不再适用。
因此，需要针对互补有源钳位软开关推挽变换器的特点，研究新的调制方法。
在研究互补有源钳位软开关推挽变换器调制方法时，可以通过两种途径来进行：一是通过理论分析，从理论上推导出适合互补有源钳位软开关推挽变换器特点的调制公式；二是通过仿真实验，借助电力电子仿真软件，对不同的调制方法进行仿真验证，找出最佳的调制方法。
在理论分析方面，可以以互补结构的工作特点为基础，推导出适合其结构的PWM调制公式。
通过分析其工作过程中的电压波形和电流波形，得出最佳的调制策略。
-软开关技术(soft technique)
（7-5） （7-6）
Poff f s
toff 0
t on t ri t fv
Ploss
toff trv t fi
1 VD I 0 f s (ton toff ) 2
线路电感 Lσ≠ 0 时开通、关断过程
VT
图7.11
安全工作区
Lσ=0时，开通轨迹ABC，关断轨迹 CBA Lσ≠ 0时，开通轨迹AQEC，关断轨 迹CBHPA Lσ改善了开通轨迹，恶化了关断轨 迹
开关状态2：t1<t<t2
T1断态，Vcr＝VT1＝VD。iL经D2、T2 续流，Io经D0续流。Toff=t2-t1可控， 用以调控输出电压。
8.3.1 零电压开通脉冲宽度调制（ZVS PW 变换器工作原理（续4）
开关状态3：t2<t<t3
t=t2时，关断T2， Lr 、 Cr谐振半 个周期到t3， t=t3时 Vcr＝VT1＝VD， iL达到负最大值。
t
VD
D
rT IO iD
T
iT
rT
iD
(a) 电路
t
t 0 t1 vT (v CE ) t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t t10 9
iT
电压限制线
R E
I CM
N C
VD
vT
电流限制线 10us功率限制线
vT
t
td PT t ri
IO
B
t fv
t on PT vT iT
ts
t rv t fi
第8章
谐振开关型变换器 --软开关技术（soft-switch）
1
现代电力电子的发展------高频化
高频功率软开关变换技术1-3章-PDF
同学推导此式
——张纯江
2.3 Buck-Boost变换器
1、Vo与Vin的关系 在ton期间，电感电流增量为： DTs V V in ΔI L1 = ∫ dt = in DTs 0 L L 在 toff期间，电感电流增量为： (1− D )Ts V V ΔI L 2 = ∫ − o dt = − o (1 − D)Ts 0 L L
• •
由SR、VDF 和L构成高频Buck。 由La、SRa、VDFa构成低频Buck。
——张纯江
假设高频单元的工作频 率为f，低频单元的工作 频率为fa，令f =nfa。 状态a的等效电路图如图 a所示。电感L两端电压 为正，电流iL上升。电 感La两端电压为0，电 流iLa不变。
——张纯江
工作原理分析
A点或B点相对于地为+Ud和Ud，只能采用双极性SPWM。
A
B
——张纯江
——张纯江
——张纯江
2.2 Boost变换器
Vin Vo = 1− D
电压增益：
M=
D ≤1
Vo 1 = Vin 1 − D
(10)
总有 Vo ≥ Vin ，故称DC/DC升压变换器。 输出电压纹波：
ΔVo D = Vo RCf s
为了改善第一个不足，提出了多谐振变换器。 多谐振变换器：在准谐振电路基础上加入多个谐振元件，使谐振回路不只一个；
S Dr
Cr S Lr
Dr
硬开关
零电压准谐振
S Lr
Cr
Cd
Dr
多谐振
——张纯江
1.3 软开关功率变换的提出和发展
2) 零开关PWM变换器：将准谐振变换器与硬开关变换器相结合，通过附加的有源 开关阻断谐振过程，使电路在一周期中一部分时间按准谐振工作，另一部分时间 按PWM方式工作。既具有软开关功能，又具有PWM硬开关恒频调压的特点。 （只解决了上述第二个不足）。
软开关技术6-3-2015-2
t2
t3
反并二 极管导通
t4
（d）[t3，t4]自然续流阶段
半波模式
全波模式工作波形
v gs t
Lr DQ 1 i Lr Cr
D1
v Cr
V
0
v Cr V0 i Lr t
Q1 Ii
2 Ii
Ii t
（a）[t0，t1] 电容充电阶段
Lr i Lr Cr v Cr V
0
D1
iQ 1 Ii t
DQ 1
Q1 Ii
Z ，则不可能自然谐振回零， 从而造成开关器件零电流关断失败，只有满足 I V ，才能保 Z 证软开关操作。在谐振参数确定后，负载电流只能在一定范围 内变化，负载不能过重。
r
in r 0 max
V in I0
(3) 常规Buck电路是通过脉宽调制来调节输出，而
ZCS- QRCs是通过调节脉冲频率来调节输出的。可
Q1
M
Lr iLr I0
i Lr
I0
Vin I0 + Zr
V in
t
vCr
Cr
D1
v Cr
V in
2Vin t
（c）[t2，t3] 电容放电阶段
Q1
M
Lr iLr I0
v ds
V in
V in
t
vCr
Cr
D1
t 0 t1
t1 a t 2
t3
串联二极 管所承受
t4
（d）[t3，t4]自然续流阶段（a）半波模式Q1V inVin
t
t0
t1
t1 a t1 b
t2 t3
t4
（d）[t2，t3] 电容放电阶段
两种降压式PWM软开关变换器的分析比较
第 ５卷 第 １期 ２０ ０ ２年 ２月
扬 州大学 学 报 （ 自然科 学 版 ）
Ｊ ＵＲＮＡ ［ Ｏ ．ＯＦ ＹＡＮＧ ＺＨＯＵ ＵＮ Ｉ ＶＥＲＳＩ ＴＹ （ ＮＡ ＴＵＲ ＡＩ Ｃ Ｉ ＣＥ Ｓ ＥＮ ＥＤＩ Ｉ Ｔ ＯＮ ）
比较 ．
１ 拓 扑 结 构 的 特 点
２种 降 压 式 Ｐ Ｍ 软 开 关 变 换 器 见 图 １ Ｗ ．其 中 （ ） 表 示 零 电 压 变 换 Ｐ ａ图 ＷＭ 变 换 器 （ ｖＴ — ｚ Ｐ ＷＭ ） （ ）图 表 示 零 电流 Ｐ Ｍ 变 换 器 （ Ｃ ；ｂ Ｗ Ｚ Ｓ—Ｐ ＷＭ ） ．它 们 的 工 作 原 理 分 别 见文 献 ［ ， ］ １ ２ ．它 们 的 共 同 之 处 是 在 降 压 式 Ｐ Ｍ 变 换 器 拓 扑 结 构 之 上 附 加 了 一 个 带 有 辅 助 开 关 的 谐 振 网 络 ， ， ， 别 为 Ｗ Ｌ Ｃ分
ｆ 降 压￣Ｚ Ｔ Ｐ ａ ） Ｖ － ＷＭ 变换 器
ｃ ｈ １降压 式Ｚ ￥ Ｐ Ｃ 一 ＷＭ变换 器
图 １ ２种 降 压式 Ｐ ＷＭ 软 开关 变 换器
Ｆｉ Ｔｗ ０ ｇ．１ ｋｉ ｓ ｏｒ ｂ ｋ ｎｄ ｕｃ ＰＷ Ｍ ｏｒ — ｗ ｉｃｈ ｄ ｏｎｖ ｒｔ ｒ ｓ ｔｓ ｔ ｅ ｃ ｅ ｅ ｓ
率 恒 定 ， 路 元 件 参 数 优 化 比较 容 易 ， 时控 制 电 路 比谐 振 型 控 制 器 简 单 ， 制 和 调 节 特 性 好 ．研 究 电 同 控 这 类 软 开 关 变 换 器 是 很 有 实 际 意 义 的 ．本 文 在 分 析 研 究 ２种 此 类 软 开 关 变 换 器后 ， 现 它 们 之 间既 发 有 相 似 之 处 ， 有 各 自特 点 ．现 以 降 压 式 电 路 为 例 ， 拓 扑 结 构 、 关 损 耗 及 电 压 电流 应 力 几 方 面 作 又 从 开
一种新型软开关 BUCK变换器
一种新型软开关 BUCK变换器刘吉星;沈锦飞【摘要】磁耦合谐振式无线电能传输采用直流斩波调压控制传输功率，传统的直流斩波电路开关损耗大，因此提出了一种新型的软开关BUCK变换器的改进电路，在电路中添加耦合电感、辅助电感和二极管，可以实现零电流开通和零电压关断。
变换器结构简单，便于控制。
介绍了电路工作原理和过程，设计了电路参数，进行了仿真和实验研究，最后给出了仿真和实验波形。
%The magnetically coupled resonant wireless power transmission adopts DC chopper control over transmission power,while traditional DC chopper circuit switching has a high loss.This paper presents an improved circuit for a novel soft-switching BUCK DC-DC converter,where a coupled inductor,auxiliary inductor and diode are added to realize zero current switching-on and zero voltage switching-off.The converter has a simple structure and is easy tocontrol.Furthermore,the paper describes the working principle and process of the circuit,designs circuit parameters,completes simulation and experimental research,and finally gives simulation and test waveforms.【期刊名称】《电气自动化》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P14-15,32)【关键词】BUCK变换器;软开关;耦合电感;零电流开通;无线电能传输【作者】刘吉星;沈锦飞【作者单位】江南大学物联网学院电气自动化研究所，江苏无锡 214122;江南大学物联网学院电气自动化研究所，江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TN624磁耦合谐振式无线电能传输技术是一种新型的电能传输技术，比传统的直接接触式电能传输更加灵活、安全、可靠。
低损耗软开关Boost变换器
低损耗软开关Boost变换器作者：朱玉婷周西峰郭前岗来源：《现代电子技术》2010年第05期摘要:介绍一种新的软开关Boost变换器。
传统的Boost变换器在开通和关断时将产生开关损耗,因此使整个系统的效率下降。
新的Boost变换器利用软开关方法增加了辅助开关管和谐振电路。
这样,相比硬开关情况下,变换器减小了开关损耗。
这种变换器可以应用在光伏系统、功率因子校正等装置中。
详细分析电路的工作原理以及实现软开关的条件,利用Pspice 9.2软件进行仿真验证。
仿真结果表明,该变换器的所有开关器件都实现了软开关,从而使效率得到提高。
关键词:升压电路;软开关;谐振电路;功率因子校正中图分类号:TM92文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)05-073-03Low Loss Soft Switching Boost ConverterZHU Yuting,ZHOU Xifeng,GUO Qiangang(Automation College,Nanjing University of Posts andTelecommunications,Nanjing,210003,China)Abstract:A new soft switching Boost converter is proposed.The conventional Boost converter generates switching loss at turn on and off.Because of those,the whole system′s efficiency i s reduced.The proposed converter utilizes soft switching method using an auxiliary switch and resonant circuit.Therefore,the converter reduces switching loss lower than the hard switching.The proposed soft switching Boost converter can be applied to photovoltaic system,power factor correction and so forth.The operation principles of the converter and the conditions for realization of soft switching are analyzed in detail,simulation analysis is given by the PSpice 9.2.Its simulation results prove that all the switches in soft switching state and the efficiency of the converter is improved.Keywords:Boost converter;soft switching;resonant circuit;power factor correction0 引言近年来,随着开关频率的提高,开关电源变得轻小化,但是开关频率和开关损耗成正比,开关频率提高,开关损耗也增大,从而使整体系统的开关损耗增大。
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移相控制零电压开关全桥变换器 移相控制的工作原理
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1. 移相控制的工作原理
注意： 这里只考虑开关管的结电容和变压器的漏感，不考虑
整流二极管的反向恢复等影响； 忽略死区时间，同一桥臂两只开关管互补工作； 定义变压器原边与副边的匝比为K。
1. 移相控制的工作原理
模态四：t2 < t ≤ t3
ip t I1 cos t t2
vC _Q4 t
Lr 2Clag
I1
sin
t
t2
1
2 Lr Clag
t23
1
arcsin
2Clag Vin Lr I1
注意：原边的电压vAB并没有反应到副边
1. 移相控制的工作原理
模态四：t2 < t ≤ t3
ip
t
Vin Lr
t
t4
t45
Lr ILf t5 KVin
注意：原边的电压vAB并没有反应到副边
1. 移相控制的工作原理
模态七：t5 < t ≤ t6
ip
t
Vin
K Vo KL f
t
t5
I1 2Clead
t
t01
2CleadVin I1
1. 移相控制的工作原理
模态二：t0 < t ≤ t1
td lead
t01
2CleadVin I1
超前桥臂实现ZVS的条件
1. 移相控制的工作原理
模态三：t1 < t ≤ t2
ip t2 I1
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tdlag
t23
1
arcsi臂实现ZVS的条件
1. 移相控制的工作原理
模态五：t3 < t ≤ t4
ip
t
Ip
t3
Vin Lr
t
t3
t34
Lr I p Vin
t3
注意：原边的电压vAB并没有反应到副边
1. 移相控制的工作原理
模态六：t4 < t ≤ t5
1. 移相控制的工作原理
模态一：t < t0
ip t0 I0 vC _Q1 t0 0 vC _Q2 t0 Vin
1. 移相控制的工作原理
模态二：t0 < t ≤ t1
ip t1 I1 注意：t12内vAB=0
vC _Q1
t
I1 t 2Clead
vC _Q2
t
Vin