一、概述一、概述 二、二、LC谐振的基本概念谐振的基本概念 三、负载谐振型变换器三、负载谐振型变换器第五部分 软开关功率变换技术第五部分 软开关功率变换技术二 LC谐振的基本概念二 LC谐振的基本概念1 1RLC串联谐振的基本特性串联谐振的基本特性2RLC并联谐振的基本特性并联谐振的基本特性1) Undamped 无阻尼串联谐振电路无阻尼串联谐振电路• The waveforms shown include initial conditions1 1 RLC串联谐振的基本特性串联谐振的基本特性Lr rCrdiLVdtνd+=Cr rLdvCidtr=LC谐振频率谐振频率1r rrL Cω=r r rLZC=特征阻抗特征阻抗0 000( )cos()sin()dCr LrLrrr rVVitIttttZωω−=−+−000( )()cos()sin()CrddCrrrLrrvtVVVttZ Itt0ωω=−−−+−000( )()cos()sin()CrddCrrrLrrvtVVVttZ Itt0ωω=−−−+−电容电压的基值为，电感电流基值为电容电压的基值为，电感电流基值为dV/drVZ?谐振电感和谐振电容所储的能量相互交换。
谐振电感和谐振电容所储的能量相互交换谐振电容电压围绕Vd无阻尼的振荡，最大值为2倍谐振电容电压围绕Vd无阻尼的振荡，最大值为2倍 的输入电压的输入电压?谐振电感电流围绕x轴双向变化，最大值为谐振电感电流围绕x轴双向变化，最大值为 仅决定于电源电压和特征阻抗仅决定于电源电压和特征阻抗max/LrdIVrZ=(6-7)0( )sin()d Lrr rVitttZω=−[]0( )1 cos()CrdrtVt tνω=−−2 ）负载与谐振电容并联的串联谐振电路）负载与谐振电容并联的串联谐振电路Lr CrdrdiVLdtν=−LrCroiiI−=( )()()()0 0000cossindCr LroLrrr rVVitIIIttttZωω−=+−−+−( )()()()()0000cossinCrddCrrrLrrtVVVttZIItt0νωω=−−−+−−( )()()()0 0000cossindCr LrLr rorrVVittIttIItZωω−−−=++−( )()()()()00000soic snCrddCrrLrrrZIttVVVtttIνωω=−−−−−+000( )()cos()sin()CrddCrrrLrrvtVVVttZ Itt0ωω=−−−+−围绕上下变化围绕上下变化LrioI3 ）负载与谐振电容串联的串联谐振电路）负载与谐振电容串联的串联谐振电路RLC回路的阻抗和导纳回路的阻抗和导纳tVvωsin2=211( )1( )1sCY sZ ss LCsRCsLRsC===++++11szj LRRj(L)j CCωωωω=++=+−LC谐振频率谐振频率LCo1= =ωCLZo= =特征阻抗特征阻抗RLC回路的品质因数回路的品质因数 CRRLQoo ωω1====Q：滤波器的选通能力，即让所希望的频率信：滤波器的选通能力，即让所希望的频率信 号通过、 其它频率信号不通过的能力。
号通过、 其它频率信号不通过的能力若，若，RLC回路阻抗最小，导纳最大，回路阻抗最小，导纳最大，oωω= =()Z jRω=?若若 随ω偏离ω随ω偏离ωo越多，阻抗越大，导纳越小，越多，阻抗越大，导纳越小，oωω> >oωω >回路感性回路感性oωω >oωω0) -Io (VC0)-Io (VC1 2r rrfL Cπ=下谐振频率调节下谐振频率调节上谐振频率调节上谐振频率调节srff0 Q1 Q4 ondcLEvdtdiL=+oLcIidtdvC−=+-+-rLrCiLoI±????±??????Q2 Q3Q2 Q3Q1 Q4Q1 Q4oIcViLM2M3D4Q2 Q3Q1 Q4D1D2 D3M1M4dVQ1 Q4Q2 Q3Q1 Q4Q2 Q3dEoIcViLM2M3Q1 Q4D1 D4Q2 Q3D2 D3M1M4第三阶段：第三阶段：M3 Vc>0Q2 Q3 ondcLEvdtdiL−=+oLcIidtdvC−=+-+-rLrCiLoI±????±??第四阶段：第四阶段：M4 VcZV on，硬关断，硬关断PLR Converter Characteristics• Output voltage as a function of operating frequency for various values of the output current?，?，PLR直直变换器工作在电流断续区，具 有好的电压源的特性。
输出电流变化，输出电压 维持不变该特性对于多路输出变换器特别有利直直变换器工作在电流断续区，具 有好的电压源的特性输出电流变化，输出电压 维持不变该特性对于多路输出变换器特别有利 ?输出电压可以升高或降低输出电压可以升高或降低0.5srω ω三种工作模式：三种工作模式：①电流断续工作模式①电流断续工作模式1．开关模态．开关模态1 开通开关管开通开关管Q1，谐振电感电流从零开始上升，谐振电容，谐振电感电流从零开始上升，谐振电容 电压从负电压开始上升电压从负电压开始上升Ql零电流开通零电流开通 经过经过180° °(二分之一谐振频率），谐振电感电流减小到零，此时， 开关模态二分之一谐振频率），谐振电感电流减小到零，此时， 开关模态1结束2 开关模态开关模态 2 电感电流反方向流动，流经电感电流反方向流动，流经D1，，Q1两端电压箝位在零电平，两端电压箝位在零电平，Q1可 以实现零电压可 以实现零电压/零电流关断零电流关断 经过二分之一谐振周期，电感电流减小到零，经过二分之一谐振周期，电感电流减小到零，D1自然关断自然关断3 开关模态开关模态 3 所有开关管和二极管均关断，电感电流保持为零，电容电压 保持不变，负载由输出滤波电容供电。
所有开关管和二极管均关断，电感电流保持为零，电容电压 保持不变，负载由输出滤波电容供电断续区间，电感电流为零，所以开关管自然实现断续区间，电感电流为零，所以开关管自然实现 零电流/零电压关断零电流开通零电流/零电压关断零电流开通 ?二极管实现零电流开通，实现零电流关断二极管实现零电流开通，实现零电流关断 ?因为开关管自然关断，所以在低频应用场合，中的开关 管可以采用晶闸管因为开关管自然关断，所以在低频应用场合，中的开关 管可以采用晶闸管 ?断续运行模式的缺点：与电感电流连续运行模式相比断续运行模式的缺点：与电感电流连续运行模式相比 电路电流峰值较高，造成较大的开关管导通损耗电路电流峰值较高，造成较大的开关管导通损耗串联负联谐振变 换器串联负联谐振变 换器• The operating frequency is in between one-half the resonance frequency and the resonance frequency/2rsffrf谐振回路呈现感性，谐振电流滞后于电压，谐振回路呈现感性，谐振电流滞后于电压， 而谐振电容电压则滞后于电流而谐振电容电压则滞后于电流LriabvCrν??1．开关模态．开关模态1 在在t0时刻前，谐振电感电流为负，流经二极管时刻前，谐振电感电流为负，流经二极管Dl，谐振电容电压 为负。
在，谐振电容电压 为负在t0时刻，谐振电感电流上升到零，时刻，谐振电感电流上升到零，Q1两端电压被箝位在零 电平，两端电压被箝位在零 电平，Ql实现了零电压实现了零电压/零电流开通零电流开通2．开关模态．开关模态2 谐振电感电流正方向流动，流经谐振电感电流正方向流动，流经Q1，，D1自然关断在自然关断在t1时刻，谐 振电感电流为正，谐振电容电压为正，时刻，谐 振电感电流为正，谐振电容电压为正， Q1硬关断谐振电感电流连续工作谐振电感电流连续工作 ?开关管自然实现零电压/零电流开通硬关断开关管自然实现零电压/零电流开通硬关断串联负联谐振变换器串联负联谐振变换器srff>D3Q3Ed dD1Q1D4Q4D2Q2rLTrDR2R 1***TrrCRLdVo+-Cf.运行状态运行状态.上谐振频率调节上谐振频率调节 ZV on 硬关断硬关断 .下谐振频率调节下谐振频率调节 ZC off 硬开通硬开通稳态工作特性稳态工作特性SLR直直变换器工作在电流直直变换器工作在电流 断续模式，具有类似电流源断续模式，具有类似电流源 的特性具有内在的短路保的特性具有内在的短路保 护能力护能力0.5srω ω
具有类似电流源的特性 PLR具有类似电压源的特性PLR具有类似电压源的特性2））SLR具有内在的短路保护能力具有内在的短路保护能力 PLR不具备短路能力PLR不具备短路能力3)上谐振频率调节上谐振频率调节 ZV on 硬关断硬关断 下谐振频率调节下谐振频率调节 ZC off 硬开通硬开通4 恒频工作负载谐振变换器恒频工作负载谐振变换器移相控制串联谐振变换器移相控制串联谐振变换器fsw = fsr 负载回路呈阻性负载回路呈阻性t = t1时，时，Q4 off，，Q2 on，， iL经经D2续流， ∴续流， ∴Q2为为ZV on，， Q4强迫关断强迫关断 t = t3时，时，Q1 off，电流流经，电流流经D1，， ∴∴Q1为为ZCoff，，Q3强迫导通强迫导通ABVLiQ1 Q4Q1 D2Q2 Q3Q3 D4Q2 D1Q4 D3t1t2 t3t4t0∴∴ Q1、、Q3 ZC off 硬开通硬开通 Q2、、Q4 ZV on 硬关断硬关断Q1Q3Q3Q4Q2Q2D3Q3Ed dD1Q1D4Q4D2Q2rL*TrrC ABLi工作特点：工作特点： 1 ）恒频工作，）恒频工作，T、、L、、C设计可做到优化；设计可做到优化； 2 ）控制线路简单，驱动电路简单；）控制线路简单，驱动电路简单； 3 ））fsw=fsr，，Lr，，Cr不消耗无功，逆变桥负载回路不消耗无功，逆变桥负载回路 功率因数高，同样的功率器件可实现较大的输出容量功率因数高，同样的功率器件可实现较大的输出容量移相控制串联谐振变换器移相控制串联谐振变换器。