谐振变换器的拓扑形式.pdf谐振变换器的拓扑形式pdf,近年来，功率变换器由价格昂贵，形式简单的线性

文件名称: 谐振变换器的拓扑形式.pdf

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详细说明：谐振变换器的拓扑形式pdf,近年来，功率变换器由价格昂贵，形式简单的线性电源形式，经历了早期低频的PWM 系统，发展到今天的性能优良，但体积和重量却大幅减小的高频方波变换器。现在，谐振变换器以一种全新的拓扑形式展现在我们面前：它能够以较小的体积和重量承载高性能的功率变换功能，但随之而来的是复杂度的提高。本文将对以往的变换器的拓扑形式进行梳理，同时引进谐振变换器的拓扑形式，希望能够对大家在设计，分析，评价这一新的电源系统时提供帮助。PWM TECHNIQUE DS RESO判 ANT TECHN|QUE 图5PWHv谱振开关 GATE DAIVE ON xxx A PWM FORCED SwITCHING OFF LOAD-LINE TRAJECIOHIES B"7ERO CURRENT SWTTCHING 图6开关应力和开关损耗谐振变换器分类介绍之前,我们将引进一种谐振开关的概念,一个谐振开关包括了开关器件(例如,一个具有控向二极管的三极管)和谐振元件谐振开关的形式有很多和,图列出了其中的几种,虽然形式不同,但谐振开关的功能和传统方波转换电路里的开关却是一样的。这里有一个概念是我们必须了解的大多数的谐振电路都可以被看作是传统转换电路中的功率开关被谐振电路所取代。在深入探讨这文件使用试用版本创建些谐振廾关电路之前,让我么先来看看一些相关电路零巾浙零巾压图7请振开关为了理清头绪,方便的我们对电路形式的选择,首先根据电路的以下工作特伫将谐振拓扑形式分类是很有必要的。谐振单元的负载是串联还是并联的控制部分是变叛还是固定频率的谐振电路的电流(或者电压)是连续的,还是在一个周期里的一段时问里等」零串联负载还是并联负载形式团定频率还是变频工作连续谐振还是不连续谐振是零电流开关还是零电压开关半循环还是全循环工作图谐振系统分类是零电流廾关还是零电压廾关谐振电路里的能量是单向流动还是在冋到零点之前有个能量闭环以上特性是我们选择谐振变换电路的依据,也是我们理解相关原理的基础并联并联负载山于谐振变换器是将能量输入到谐振回路里,然后部分或全部输出至负载,所以我们可以通过两和方式来实现,如图所示:如果负载是像图所示串联在谐振回路单元里的,我们称其为串联谐振变换器,工作模式类似于一个高阻电流源输出。并联负载的工作模式刚好相反,如图所示,类似于一个低阻电压源输出。两种模式都很常用, 串联负载型通常用在高压输岀的情冮,并联负蔹型通常用在低压输岀的情况。文件使用试用版本创建炣 A SERIES LOADING B PARALLEL LOADING (current autput (voltage outpul RL 图9谐振负载模式固定(可变)频率模式階振变换器可以被改定成在定频率或可变频率下工作,它们的工作方式有着很大的区别。固定频率控制系统应用传统的调节输出,如图所示。这就要求固定频率的系统有至少有一个非零廾关转换,有可能是两个,这与我们的初衷是相背的,这样,除非系统要求必须工作在同步频率的情况,否则一般不采用这种模式。 PM 厂T}「11 图10固定频卒谐振变换器可变频率工作模式可以进一步细分:谐振电路电流是否连续;一个工作于连续谐振模式的电路利用谐振电路阻抗曲线的斜坡来控制输岀,如图所示,控制电路利用改变L作频率,使之靠近或远离谐振频率,调整进入谐振回路的能量,从而控制传到负载的能量。文件使用试用版本创建 BELO RESONANCE ABOVE RESONANCE 1=2IVLE INGHEASING 1 图11可变频率连续谱振模式许多实际的应用都采用变频式连续工作模式,这种工作方式有以卜缺陷: 非零开关动作增加了晶体管的应力在频率接近谐振点吋,峰值电沇和峰值电压比较晑,增加了谐振元件的应力电路工作是跟随谐振阻抗曲线的非线性特性曲线连续模式的上要优点就是,相比断续模式,它的工作频率在一个很小的范围内变化。断续谐振凘续工作模式按一定速率传输能量,电路的工作频率是由负载要求决定的。目前最流行,且很重要的一类变频非连续电流谐振变换器通常被称作准谐振。剩下的篇幅,我们将重点讨论这种电路形式以及这种电路形式所派生的很多的⊥作方式。如图所示,准谐振电路波形并非正弦波,它有两个线性部分分布在两个正弦曲线之间准谐振=并非完全的正弦波形变化的频率断续谐振 ∪TME 准谐振能实现并联或串联负载半循环或全循环工作零电流开关或零电压开关在最大负载时,可能达到连续谐振图准诺振的定义文件使用试用版本创建炣准谐振变换器的控制环通常会配置一个脉冲发生器用以驱动谐振电峰,该脉冲发生器被设定成固定脉宽(由谐振电路决定),工作频率由控制电路决定。或者设定成检测零电压或者零电流的方式。在最低输入电压和最大负载的条件下,两个独立的脉冲合并到一起时,准谐振变换器进入连续谐振早推取功大器可变复磁本压焉器他器荡器阳1准谱版掉在变频非连续模式的谐振变换器改计时,改计者需要作出两个很重要的对电源特性有着很大影响的决定零电流或零电压开关我们考虑如何降低开关应力这一对谐振变换器来说是一个重要因素的问题,本文将讨论最常用的方法:在零电流时开关电路,以使动态负载线尽量靠近轴。很明显,在正弦波的电流形式中, 峰值电流应该是方波形式电流的两倍,尽管这増加了的损耗,但相比方波廾关系统的高峰值功率水平,人多数的半导体器件都更适合应用于正弦波开关系统当然,零电压开关将降低开关的应力,但我们知道,如图所示,这种方法仅仅是其中零电流零电压的一种,哪一种形式才是最好的,这决定于输出负载的奇生电感和开关器件的电容对电路的影响哪一个比较大,零电压开全周期关主要适用」工作频率很高、开关器件的节电容迅速充放电从而引起很大损耗的环境。两种电路的特半周期性对比见图。工作在正弦波的零电压开关形式, 将带来较人的峰值电压对比尽管它会在轻载时失控, 但短路时却不受影响。图14开关形式文件使用试用版本创建特性零电流开关零电压开关控制导通时间恒定关断吋间恒定开关电压波形方波正弦波廾关电流波形正弦波方波负载范围一开关限制导通段电流的最大值关断段电压的峰值零电压的应用在高频的场合,开关管的寄生电容将引起大的开关损耗,这时,可以选择苓电压模式 PYM Zys-ORC5 ZC5-CRC 和图 10 76 AZS-MRC 率 78 10k 10k 10M 100 图开关技术比较半循环以及全循环工作准谐振电路里,能量传输的起止点取决于负载的需要,全循环或半循环在于每个周期内电流是只从源流向负载,还是将剩余能量返回到输入,图所示的波形反映了由串联或并联在开关管上的二极管控制的谐振电路, 两种肜式都能够有效的实现功率转换,但是特性却有着全循环半循环明显区别。 N OFF OFF 由于半周期的工作模式比较容易实现,脉冲重复率和负载大小成正比,当输入电压变化时,开关频率将发生剧烈的变化。仝循环的的 T作模式要求一个与开关管 v 串联(或并联)的二极管, 用来阻止任何反向电流通过开关管的体二极管导通,引起过多的损耗。这种线路的图16空载谐振开关的全循环和半循环优势在于将过剩文件使用试用版本创建炣的能量返回源,廾关频率与负载无关。 T Da 设:Co上巾匝不变 Lo上电流恒定 VGs 2v Ten t T: T3 4 图17崔谐振升关形式谐振变换器的工作定义了多种谐振拓扑的分类后,我们来详细讨论其中的一个电路,如图所示:电路是单端 ,并联负载模式,半循环,零电流开关的准谐振变换器。随后我们将分析它与其他拓扑形式的区别。像所有的开关调整器一样,一个谐振变换器需要一个输岀滤波器去屮滑输岀纹波,这个输岀滤波器的截至频率必须低于的最小开关频率,所以,我们假设开关频率下滤波电感上的电流恒定滤波电容上的电压恒定。图的右图所示波形将工作过程分为四个阶段,每个过程的对应动态波形见图左图时,所有的输出电流流过,开关闭合后,电感电流开始线性上升。时,输岀电流流过电感电流持续以正弦波形上升到峰值,峰值大小由谐振等效阻抗和输入电压决定。同时,开始以余弦方式充电,到倍的输入电压,当电感电流下降到输出电流时, 开始提供输出所需的电流,同吋电谷电压开始下降。时,上的电流过零,输岀电流只能靠提供,从而上的电压线性下降,当下降到时,二极管使得开关断开,这个开关可以在该点与和间的任何点断开。时,谐振回路的能量放完,输出电流全部流过直到卜一个廾关周期。方波电路只要简单的添加一个谐振开关就能构成谐振电路,以上步骤可以用来分析多种电路拓扑形式,图列出了种。文件使用试用版本创建 s L L典 R D BUCK BUCK-BOOST [FLY-BACK D L BOOS (BOoST-BUCK) 图18并嵌的极谐振变换器变压器耦合功率电路里的变压器的引入,没有改变电跻拓扑形式去给电路増加了许多很有意思而且很有用的特性。图是对以上讨论的电路里增加了些简单扩充。在图,谐振电路在原边回路,变压器仅仅作为一个与并联负载匹配的的阻抗。这种方式的优势在于变压器只流过负载电流, 因此原边电流采样比较容易,图将谐振电容放到次级,这样做的好处是:变压器的漏感不再是寄生电感,而变成了谐振电感的一部分,次级二极管以软廾关的形式流过正弦波肜波电流,瞬态响应小图所示的电路中,将电容移到整流管的另一端,变压器的重启必须通过其它途径,反向电流的缺失使待原边对二极管耐压,高速要求的降低。另外,变压器原边开关的电压波形是方波,所以需要承受的伏秒积较小。在电路应用中,一般在变压器中制作较大的漏感,使它成为谐振电感省去个分立器件。 v R Cr 图19变压器耜合文件使用试用版本创建

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