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1、第第5章章 软开关技术软开关技术 意义：利用谐振技术，降低开关损耗和开关意义：利用谐振技术，降低开关损耗和开关噪声，进一步提高开关频率。噪声，进一步提高开关频率。 学习的主要内容：学习的主要内容：软开关的基本概念软开关的基本概念软软开开关关电电路路分分类类和和基基本电路本电路几种软开关电路几种软开关电路掌握的内容：掌握的内容：软开关的概念和开关过程软开关的概念和开关过程软软开开关关电电路路的的分分类类、基基本本结构及应用结构及应用软开关电路的工作原理、软开关电路的工作原理、分析、有关计算分析、有关计算 软开关开关电源课件5.1 基本概念基本概念 5.1.1 硬开关与软开关硬开关与软开关 软开关
2、开关电源课件5.1.2 零电压开关与零电流开关零电压开关与零电流开关 零零电电压压开开关关零零电电压压开开通通：使使开开关关开开通通前前其其两两端端电电压压为为零零，则则开开关关开开通通时时就就不不会会产产生损耗和噪声。生损耗和噪声。 零电流开关零电流关断零电流开关零电流关断：使开关关断前其电流为零，使开关关断前其电流为零，则开关关断时也不会产生损则开关关断时也不会产生损耗和噪声耗和噪声。零电压关断：零电压关断：并联电容使开关关断并联电容使开关关断后电压上升延缓，降后电压上升延缓，降低关断损耗的过程。低关断损耗的过程。零电流开通：零电流开通：串联电感使开关开通串联电感使开关开通后电流上升延缓，
3、降后电流上升延缓，降低开通损耗的过程。低开通损耗的过程。 软开关开关电源课件5.2 软开关电路的分类软开关电路的分类 按开关元件的电压电流状态按开关元件的电压电流状态 ：零电压电零电压电路和零电流电路路和零电流电路按软开关技术的发展过程：准谐振电路、按软开关技术的发展过程：准谐振电路、零开关零开关PWM电路和零转换电路和零转换PWM电路电路。基本开关单元：开关器件、电感、电容基本开关单元：开关器件、电感、电容和二极管等构成的电路和二极管等构成的电路 。 软开关开关电源课件1 1准谐振电路准谐振电路 在电路中增加电容、电感元件创造谐振条件。在电路中增加电容、电感元件创造谐振条件。在准谐振电路中电
4、压或电流的波形为正弦半波。在准谐振电路中电压或电流的波形为正弦半波。 特点：特点：谐振电压峰值很高，要求开关器件耐压高；谐振电压峰值很高，要求开关器件耐压高；谐谐振振电电流流有有效效值值很很大大，电电力力变变换换电电路路中中无无功功功功率率交交换量大，电路中损耗大；换量大，电路中损耗大；谐振周期随输入电压、负载变化而改变，适用脉冲谐振周期随输入电压、负载变化而改变，适用脉冲频率调制方式来控制。频率调制方式来控制。 软开关开关电源课件零电压开关准谐振电路零电压开关准谐振电路零电流开关准谐振电路零电流开关准谐振电路 零电压开关多谐振电路零电压开关多谐振电路 软开关开关电源课件2零开关零开关PWM电
5、路电路 在准谐振电路中，用辅助开关控制谐振的在准谐振电路中，用辅助开关控制谐振的开始，使谐振仅发生于开关过程前后。而开始，使谐振仅发生于开关过程前后。而其它时间为其它时间为PWM电路工作。电路工作。 特点：特点：电压和电流基本上是上升沿和下降沿较缓方波，电压和电流基本上是上升沿和下降沿较缓方波，开关承受的电压明显降低；开关承受的电压明显降低；电路可采用开关频率固定的电路可采用开关频率固定的PWM控制方式。控制方式。软开关开关电源课件零电压开关零电压开关PWM电路电路 零电流开关零电流开关PWM电路电路 软开关开关电源课件3零转换零转换PWM电路电路 采用辅助开关控制谐振的开始时刻，但与零开采用
6、辅助开关控制谐振的开始时刻，但与零开关关PWM不同的是谐振电路是与主开关并联的。不同的是谐振电路是与主开关并联的。 特点：特点：电路在很宽的输入电压范围内和从零负载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。到满载都能工作在软开关状态。 电路中无功功率的交换被削减到最小，这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。使得电路效率有了进一步提高。 软开关开关电源课件 零电压转换零电压转换PWM电路电路 零电流转换零电流转换PWM电路电路 软开关开关电源课件5.3 ZCS-PWM变换器变换器1. 工作原理工作原理: Buck型型ZCS-PWM变换器变换器 软
7、开关开关电源课件2. 2. 运行模式分析运行模式分析: : 一周期内有六种运行模式一周期内有六种运行模式软开关开关电源课件3. ZCS-PWM变换器特点：变换器特点：在一周期内，运行在准谐振状态下和在一周期内，运行在准谐振状态下和PWM状态下。辅助开关的开通出现准谐振状态，状态下。辅助开关的开通出现准谐振状态，为主开关实现零电流开断做好准备。为主开关实现零电流开断做好准备。 PWM变换器工作模式为恒流和续流。变换器工作模式为恒流和续流。主开关零电流关断；可实现恒频控制；承受主开关零电流关断；可实现恒频控制；承受最高电压最高电压VS；最大电流；最大电流Imax=IO+VS/Zn。二极管二极管D承
8、受的电压值最高为承受的电压值最高为2VS 软开关开关电源课件5.4 ZVS-PWM变换器变换器 1. 工作原理工作原理: Buck型型ZVS-PWM变换器变换器 软开关开关电源课件2. 运行模式分析运行模式分析: :一周期内有五种一周期内有五种运行模式运行模式软开关开关电源课件3. ZVS-PWM变换器特点：变换器特点：在一周期内，运行在准谐振状态下和在一周期内，运行在准谐振状态下和PWM状状态下。辅助开关的断开出现准谐振状态，为主态下。辅助开关的断开出现准谐振状态，为主开关实现零电压开通做好准备。开关实现零电压开通做好准备。 PWM变换器变换器工作模式为恒流和续流。工作模式为恒流和续流。主开
9、关零电压开通；可实现恒频控制；承受主开关零电压开通；可实现恒频控制；承受最高电压最高电压Vmax=VS+I0Zn ；最大电流最大电流I0 。二极管二极管D承受的电压值承受的电压值VS 软开关开关电源课件5.5 ZCT-PWM变换器变换器 1. 工作原理工作原理: Boost型型ZCT-PWM变换器变换器软开关开关电源课件2. 运行模式分析运行模式分析: :一周期内有五种运行模式一周期内有五种运行模式软开关开关电源课件3. ZCT-PWM变换器特点：变换器特点：在一周期内，运行在准谐振状态下和在一周期内，运行在准谐振状态下和PWM状状态下。辅助开关的开通出现准谐振状态，为主态下。辅助开关的开通出
10、现准谐振状态，为主开关实现零电流开断做好准备。开关实现零电流开断做好准备。 PWM变换器变换器工作模式为恒流和续流。工作模式为恒流和续流。主开关零电流关断；可实现恒频控制；承受最主开关零电流关断；可实现恒频控制；承受最高电压高电压V0；最大电流；最大电流Imax=IS+正弦峰值。正弦峰值。二极管二极管D承受的电压值最高为承受的电压值最高为V0 。 软开关开关电源课件5.6 ZVT-PWM变换器变换器 1. 工作原理工作原理: Boost型型ZVT-PWM变换器变换器软开关开关电源课件2. 运行模式分析运行模式分析: :一周期内有七种运行模式一周期内有七种运行模式软开关开关电源课件3. ZVT-
11、PWM变换器特点：变换器特点：在一周期内，运行在准谐振状态下和在一周期内，运行在准谐振状态下和PWM状状态下。辅助开关的闭合出现准谐振状态，为主态下。辅助开关的闭合出现准谐振状态，为主开关实现零电压开通做好准备。开关实现零电压开通做好准备。 PWM变换器变换器工作模式为恒流和续流。工作模式为恒流和续流。主开关零电压开通；可实现恒频控制；承受最主开关零电压开通；可实现恒频控制；承受最高电压高电压V0 ；最大电流；最大电流IS 。二极管二极管D承受的电压值承受的电压值V0 软开关开关电源课件5.7 移相控制全桥移相控制全桥ZVS-PWM变换器变换器 1. 工作原理工作原理:软开关开关电源课件2.
12、运行模式分析运行模式分析: :软开关开关电源课件3. 占空比分析占空比分析 ：存在漏电感，原边电流以斜率存在漏电感，原边电流以斜率Vs/Llk上升，因上升，因此副边电压占空比此副边电压占空比Deff小于原边占空比小于原边占空比D，D由由左、右桥臂开关的驱动信号相位差决定左、右桥臂开关的驱动信号相位差决定。D=(t5-t2)/(t5-t1)，Deff=(t5-t4)/(t5-t1)=D-DD=2IpLlK/(VST/2)=4fsIpLlK/VS 有效占空比有效占空比 Deff=(V0/VS)(Np/NS)=V0/nVS原边占空比原边占空比D=Deff+D=Deff(1+4LlKfsn2/R)，负负载电阻载电阻R=nV0/Ip 软开关开关电源课件
