零电压开关准谐振电路的缺点
零电压开关准谐振电路的缺点共24页PPT
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
零电压开关准谐振电路的缺点
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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现代电力电子技术智慧树知到答案章节测试2023年浙江大学
绪论单元测试1.电力电子存在于下面哪些设备中：（）A:手机、电脑B:LED灯C:电梯D:机器人、机床答案:ABCD第一章测试1.负载调整率指：输入电压扰动引起的电源输出的变化。
（）A:错B:对答案:A2.通过开关周期平均运算等价于对信号进行低通滤波，对开关纹波有强的抑制作用。
（）A:错B:对答案:B3.开关周期平均的低通滤波具有以下特点：（）A:直流与低频可以通过B:低通滤波器的带宽小于开关频率C:带宽由系统的稳态工作点直接决定D:对开关纹波具有很强的抑制作用答案:ABD4.开关周期平均的滤波效果，以下正确的是：（）A:滤除开关纹波与低频分量，保留直流分量B:滤除开关纹波，保留低频与直流分量C:滤除开关纹波与直流分量，保留低频分量D:滤除低频与直流分量，保留开关纹波答案:B5.关于通常期望的相位与增益裕量，以下说法正确的是：（）A:相位裕量6-10dB，增益裕量45-60度B:相位裕量45-60度，增益裕量6-10dBC:相位裕量45-60度，增益裕量2-3dBD:相位裕量15-20度，增益裕量6-10dB答案:B第二章测试1.损耗最小的两种软开关是（）A:零电流关断B:零电压开通C:零电压关断D:零电流开通答案:AB2.下面的表述哪些是正确的（）。
A:零电流关断的开关管一般在电流反向流过反并联二极管时撤去开关信号B:零电压开通的开关管一般先由反并联二极管导通来提供零电压条件C:零电压关断的开关管一般在电流反向流过反并联二极管时撤去开关信号D:零电流开通的开关管一般先由反并联二极管导通来提供零电流条件答案:AB3.在零电压开关的变换器中，增加开关管的并联电容可能带来下面哪些结果（）A:增加开通损耗B:减小开通损耗C:减小关断损耗D:增加关断损耗答案:AC4.若串联谐振DC-DC变换器的输入电压不变，则输出变压随频率升高而降低。
（）A:对B:错答案:B5.零电压开关准谐振变换器会增加开关管的电压应力。
谐振产生的原因、分类、危害及防范措施
谐振产生的原因、分类、危害及防范措施一、谐振的类型一般可认为电力系统中的电容和电阻元件是线性参数，电感元件是非线性参数。
由于振荡回路中包含不同特性的电感元件，谐振有三种不同的类型：1.线性谐振。
谐振回路由不带铁芯的电感元件（如输电线路的电感、变压器的漏感）或励磁特性接近线性的带铁芯的电感元件（如消弧线圈，其铁芯中有气隙）和系统中的电容元件所组成。
在正弦电源作用下，当系统自振频率与电源频率相等或接近时，可能产生线性谐振。
2.铁磁谐振。
谐振回路由带铁芯的电感元件（如空载变压器、电压互感器）和系统中的电容元件组成。
受铁芯饱和的影响，铁芯电感元件的电感参数是非线性的，这种含有非线性电感元件的回路，在满足一定谐振条件时，会产生铁磁谐振。
目前在我国的10kV 系统中，运行着大量的电磁式电压互感器（PT），当出现单相直接接地、单相弧光接地、母线空载时突然合闸等情况时，由于电压互感器铁心电感的非线性，很容易发生谐振。
当PT 一次电感与系统对地电容满足谐振条件时，将产生很高的过电压和过电流，从而引起PT一次熔断器烧毁，甚至爆炸，严重威胁电网的安全运行。
3.参数谐振。
谐振回路由电感参数作周期性变化的电感元件（如凸极发电机的同步电抗在Xd-Xq间周期变化）和系统电容元件（如空载线路）组成。
当参数配合恰当时，通过电感的周期性变化，不断向谐振系统输送能量，将会造成参数谐振。
二、铁磁谐振的特点铁磁谐振是电力系统自激振荡的一种形式，其本质是一种LC振荡，是由于变压器、电压互感器等铁磁电感的饱和作用引起的持续性、高幅值谐振过电压现象。
其主要特点为：1、铁磁谐振存在自保持现象。
激发因素消失后，铁磁谐振过电压仍然可以继续长期存在；2、铁磁谐振过电压一般不会非常高，过电压幅值主要取决于铁心电感的饱和程度。
3、谐振回路中铁心电感为非线性的，电感量随电流增大、铁心饱和而下降；4、铁磁谐振需要一定的激发条件，使电压、电流幅值从正常工作状态转移到谐振状态。
零电流开关和零电压开关
ＺＣＳＰＷＭ（或ＺＶＳ－ＰＷＭ）转换器技术，是ＰＷＭ开关转换技术和ＺＣＳ（或ＺＶＳ）准谐振转换技术的综合，谐振转换器是最早出现的一种软开关转换器。
准谐振开关是在ＰＷＭ开关上附加谐振网络，利用局部谐振实现ＺＣＳ或ＺＶＳ。
图１为ＺＣＳ和ＺＶＳ谐振开关的示意图。
图中Ｌｒ为谐振电感（包括电路中的杂散电感和变压器漏感），Ｃｒ为谐振电容（包括开关管的结电容）。
ＺＣＳ谐振开关和ＺＶＳ谐振开关之间有－定的对偶规律，见表1。
由图１（ａ）可知，在ＺＣＳ谐振开关中，当开关管Ｓ１开通时，谐振网络ＬｒＣｒ接通，电路谐振，开关管中的电流按准正弦规律变化（因此称为准谐振），但谐振频率不一定等于开关频率。
当电流谐振到零时，令开关管关断，谐振停止，故图１（ａ）称为ＺＣＳ谐振开关或准谐振开关。
图１（ｃ）给出了ＺＳＣ条件下开关管上的电压Ｕｃｅ和电流ｉＣ的波形，图２给出了ＰＷＭ开关的电压、电流轨迹（Ａ１为关断过程，Ａ２为开通过程）和ＺＣＳ谐振开关的电压、电流轨迹Ｂ。
由图１（ｂ）可见，当开关管处于关断状态时，ＬｒＣｒ串联谐振，电容Ｃｒ（包括开关管的输出电容）上的电压按准正弦规律变化，当它谐振过零时，令开关管开通，因此图１（ｂ）是一种ＺＶＳ谐振开关。
零电流谐振开关和零电压谐振开关都有两种电路方式：即Ｌ型和Ｍ型，如图１（ａ）、（ａ′）和（ｂ）、（ｂ′）所示。
它们的工作原理是相同的。
这里不再重复。
零电流谐振开关和零电压谐振开关分为半波电路和全波电路，这两种电路都可以用通用电路来表示，如图１所示，在通用电路中，用开关Ｓ１来表示半波电路与全波电路中的开关管Ｖ１。
工程师全面解析全桥逆变软开关电路技术的发展
工程师全面解析全桥逆变软开关电路技术的发展
准谐振电路
(1)最先出现的软开关电路是零电压零电流准谐振电路拓扑结构，20世纪70年代末80年代初准谐振技术得到广泛关注，因为它能够通过谐振来整定电压和电流的波形，使大电压和大电流不能同时出现，这样就大大减少了开关应力和功率损耗。
但是它也存在自身的缺点：谐振使电压峰值很高，要求所用的器件耐压性能好；电流的有效值很大，另外，它要求对脉冲频率调制，变化的频率为电路设计造成了困难。
(2)零电压开关准谐振变换器电压应力大，负载变化范围小，这一限制可通过零电压多谐振技术得到大大改进。
多谐振电路使所有的寄生元素包括半导体开关的结电容和变压器漏电感组合成一个多谐振网，这样就使各种形式的寄生振荡最小化，甚至能够在无负载的情况下实现零电压开关。
1990年，Milan Jovanovic和Fred C.Y.Lee针对半桥零电压开关多谐振变换器(见图3)作了全面的直流分析，第1次通过实验验证了不同开关状态下4种工作模式，并分别作了波形分析，画出了每种模式的等效电路。
(3)适用于逆变器的谐振直流环节目前仍在研究应用中。
2004年，
S.Beherd，S.P.Das和S.R.Doradla提出了一种新型的多用准谐振三相逆变器结构，组成准谐振直流环节的组件包括4个开关元件、2个谐振电感和一个谐振电容，其中2个开关和谐振直流环节串联，另外2个与之并联。
这种拓扑结构采用空间矢量调节，工作于软开关状态，无源或有源三相负载低功率因数和高功率因数负载均适用。
零开关PWM 电路零开关
PWM电路包括零电压开关PWM和零电流开关PWM。
最初的零开关。
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，「才减小为零，这样就产生了关断损耗■八r。
电力电子Ⅱ--ZCS、ZVS实验指导书
iLr(t ) = I 0 +
Vin sin ( t − t 1) Zr
Vcr(t ) = Vin 1 − cos (t − t 1)
经过 1/2Tr，到达 t1a 时刻，iLr 减小到 I0，此时 Vcr 达到最大值 Vcrmax=2Vin 。 在
t1b 时刻，iLr 减小到 O，此时开关管 Q1 的反并二极管 DQl 导通， iLr 继续反方
结束，它的持续时间为：
t 23 =
4.自然续流阶段 t 3,t 4
LrILr( t 2) Uo
在此开关模态中， 谐振电感 Lr 和谐振电容 Cr 停止工作， 输入电流 Ii 经过 Ql 续流，
70
负载由输出滤波电容提供能量。 在 t4 时刻，Q1 零电压关断，开始下一个开关周期。 实验线路如图 3-69 所示：
3．电感放电阶段[t2,t3 ] 在此开关模态中，Q1 开通，输入电流 -Vo，那么 iLr 线性减小。
1 −(
Vo 2 ) IiZr
Ii 流经 Q1，此时加在谐振电感两端的电压为
iLr( t ) = I Lr( t 2) −
在
Vo ( t − t 2) Lr
t3 时刻，iLr 减小到 O，由于 D1 的阻断作用，iLr 不能反方向流动，此开关模态
图 3-69
Boost ZVS 实验线路图
三． 实验内容
1． 示波器观察 Boost ZVS 电路的各个测量点波形，分析其工作原理； 2． 了解 Boost ZVS 电路的优缺点。
四． 实验设备及仪器
1．电力电子技术探究性实验平台； 2． DDS 35“准谐振软开关电路”实验挂箱； 3． NMCL-50 数字直流表； 4. 数字式万用表； 5．示波器等。
开关电源试题(有答案)
开关整流器的基本原理填空1、功率变换器的作用是（将高压直流电压转换为频率大于20KHZ的高频脉冲电压2、整流滤波器电路的作用是（）。
将高频的脉冲电压转换为稳定的直流输出电压3、开关电源控制器的作用是将输出（）取样，来控制功率开关器件的驱动脉冲的（），从而调整（）以使输出电压可调且稳定。
直流电压、宽度、开通时间。
4、开关整流器的特点有（）、（））、（）、（）、（）及（）重量轻、体积小、功率因数同、可闻噪声低、效率高、冲击电流小、模块式结构。
5、采用高频技术，去掉了（），与相控整流器相比较，在输出同等功率的情况下，开关整流器的体积只是相控整流器的（），重量已接近（）。
工频变压器、1/10、1/10。
6、相控整流器的功率随可控硅（）的变化而变化，一般在全导通时，可接近（）以上，而小负载时，仅为左右，经过校正的开关电源功率因数一般在（），以上，并且基本不受）变化的影响。
导通角、、。
7、在相控整流设备件，工频变压器及滤波电感工作时产生的可闻噪声较大，一般大于（），而开关电源在无风扇的情况下，可闻噪声仅为（）左右。
60db、45db。
8开关电源采用的功率器件一般（比较）较小，带功率因数补偿的开关电源其整流器效率可达（）以上，较好的可做到（）以上。
88% 91%9、目前开关整流器的分类主要有两种，一类是采用（）设计的整流器，一般称之为（），二是采用（）设计的整流器，主要指（）开关整流器。
硬开关技术、SMR软开关技术、谐振型10、谐振型技术主要是使各开关器件实现（）或（）导通或截止，从而减少开关损耗，提高开关频率。
零电压、零电流。
11、按有源开关的过零开关方式分类，将谐振型开关技术分为（）—ZCS（）—ZVS两大类。
12、单端正激变换电路广泛应用于（）变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制造不复杂的主要电路之一。
13、单端反激变换电路一般用在（）输出的场合。
14、全桥式功率变换电路主要应用于（）变换电路中。
15、半桥式功率变换电路得到了较广泛的应用，特别是在（）和（）的场合，其应用越来越普遍。
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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 ▲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。
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
t0 t P
uu
i
u
i
u ii
0
t0
P
0
t0
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
u u t t
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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。
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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。
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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）
●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。
Cr S1
L
Lr
L
S
Lr
Ui
VD
Байду номын сангаасCR
S Ui S1
Cr
VD C R
a)
b)
图8-6 零开关PWM电路 a）零电压开关PWM电路 b）零电流开关PWM电路
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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8.2 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）
耗占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
t
u i
u
t
0 tP
t0
a)
u
i
ii
u
t0 P
t0
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 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
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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
◆准谐振电路 ●分类 ▲零电压开关准谐振电路（Zero-Voltage-Switching Quasi-Resonant Converter—ZVS QRC） ▲零电流开关准谐振电路（Zero-Current-Switching Quasi-Resonant Converter—ZCS QRC） ▲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）
◆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。
◆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。
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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。
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8.2 软开关电路的分类
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