电力电子技术（第3版）课件 第7章谐振软开关

1第7章谐振软开关技术7.1谐振软开关的基本概念7.2准谐振软开关换流器7.3移相全桥零电压开关PWM变换器*7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*7.5零电压转换PWM变换器*7.6软开关技术新进展本章小结预习检查为什么高频化可以减小滤波器、变压器的体积和重量？前课重点现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，对装置效率和电磁兼容性也提出了更高要求。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。2第7章谐振软开关技术7.1.1开关过程器件损耗及硬、软开关方式7.1.2零电压开关和零电流开关7.1.3软开关电路的分类37.1谐振软开关的基本概念4图7-1下管控制降压斩波电路图7-2a）示出S1上的电压与电流波形。图7-2感性负载时电路波形与工作轨迹a）波形

分析电感负载时直流／直流变换器的工作状态。图7-1由一个开关元件S1控制，S1开通，Io电流增加，S1关断，Io电流减小。由于电感性负载，在较短期间，可假定电流恒定为Io。7.1.1开关过程器件损耗及开关方式5S1关断，则S1两端电压u1增加到Ud，S1电流i1衰减到零。S1关断后，Io经VDo流通。关断过程中，关断损耗P1=u1xi1如图7-2a）。当S1导通时，i1增加为Io与二极管VD1的反向恢复峰值电流之和，如图7-2a）所示。7.1.1开关过程器件损耗及开关方式图7-1下管控制降压斩波电路图7-2感性负载时电路波形与工作轨迹a）波形

6随后，二极管阻断，电压u1下降接近零伏。电感负载的开关轨迹如图7-2b），近似于矩形。图7-2感性负载时电路波形与工作轨迹a）波形b）工作轨迹同时存在高开关电压与大开关电流，要求器件具有较宽安全工作区（SOA）。因此，应采用良好的设计方案降低SOA要求。7.1.1开关过程器件损耗及开关方式7如图7-3a），由二极管与阻容等元件组成的缓冲电路。有缓冲电路的开关工作轨迹如图7-3b），一部分损耗转移到缓冲电路。图7-3

a）缓冲电路图7-3b）带缓冲电路的开关轨迹7.1.1开关过程器件损耗及开关方式8如果在零电压或零电流时通断，则无损耗。开关轨迹如图7-4b)的实线。并降低开关应力以及减少电磁干扰。图7-4零电压/零电流开关轨迹7.1.1开关过程器件损耗及开关方式91.零电压/零电流开关在20世纪80年代，软开关技术的研究热点在谐振变换器。谐振变换器是应用谐振原理，产生按正弦规律变化的电压（或电流）。当器件零电流开关ZCS或零电压开关ZVS，从而减少开关损耗。许多为传统PWM变换器设计的控制集成电路可应用于软开关变换器中。7.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类10软开关变换器也为抑制电磁干扰提供了有效解决方法。使开关开通前其两端电压为零，这种开通方式称为零电压开通；使开关关断前电流为零，这种关断方式称为零电流关断。与开关并联的电容能延缓开关关断后电压上升的速率，零电压关断。与开关相串联的电感能延缓开关开通后电流上升的速率，零电流开通。零电压开通和零电流关断要靠电路中的谐振来实现。7.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类11一、判断题（表述正确的请在括号中填写“对”，反之，填写“错”）1.电力电子电路的高频化可以减小滤波器、变压器的重量，使电力电子装置轻量化，进而可以减小其体积。（）二、单选题（将正确答案A、B、C或D填写在括号中）1.如下所述，关于软开关技术的作用表述正确的是：（

）A、应用软开关技术可以降低开关损耗和开关噪声，在损耗允许的情况下也可以使开关频率大幅度提高。B、应用软开关技术可以降低开关损耗，由于无法消除电压、电流的重叠，不能提高开关频率。C、应用软开关技术可以降低开关损耗，但其开关损耗大于硬开关开关损耗的1/2。D、应用软开关技术可以降低开关损耗，但其开关损耗大于硬开关开关损耗的1/3。7.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类122.软开关电路的分类可分成零电压电路和零电流电路两大类。每一种都可用于降压型、升压型等，图7-5基本开关单元。根据谐振机理，分成准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路。

图7-5基本开关单元a）基本单元b）降压斩波器中的基本单元c）升压斩波器中的基本单元d）升降压斩波器的基本开关单元7.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类131）准谐振电路包括零电流/电压开关准谐振电路、零电压开关多谐振电路、谐振直流环节电路，如图7-6。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。采用PFM方式。

图7-6谐振电路的基本开关单元a）零电压开关准谐振电路的基本开关单元b）零电流开准关电路准谐振电路的基本开关单元c）零电压开关多谐振电路的基本开关单元7.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类142）零开关PWM电路分为：零电压、电流开关PWM电路，如图7-7。辅助开关使谐振仅发生于开关过程前后，优势：电压和电流基本上是方波，可采用频率固定的PWM控制。图7-7零开关PWM电路的基本开关单元a）零电压开关PWM电路的基本开关单元b）零电流开关PWM电路的基本开关单元7.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类157.1.2零电压/零电流开关及软开关电路的分类3）零转换PWM电路分为：零电压/电流转换PWM电路，如图7-8所示。区别是谐振电路是与主开关并联的。输入电压范围宽，负载范围宽。图7-8零转换关PWM电路的基本开关单元讨论提纲软开关技术使开关频率可以大幅度提高的原因是什么？软开关电路是如何分类的？什么叫硬开关？缓冲电路可以降低开关损耗吗？深度问题：16分析缓冲电路降低开关损耗的原因。总结高频化可以减小滤波器的体积和重量。高频化可以减小变压器的体积和重量。软开关技术使开关损耗减小，频率可以大幅度提高。软开关电路准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路硬开关是指在开关时，同时承受电压、流过电流缓冲电路可以降低开关损耗，但电路总的损耗没有减小。17187.2.1零电流准谐振变换器7.2.2零电压准谐振变换器7.2.3谐振直流环逆变器*7.2准谐振软开关换流器19一、工作原理半波运行ZCS-QRCS用Buck型来说明。见图7-11。假设电感L足够大，近似为一个电流源。分几个时段分析。图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.1零电流准谐振变换器预习检查什么叫零电流准谐振变换器？前课重点20t0~t1时段：t0之前，VT断开，uCr为零在t0时刻，开关VT零电流开通，UDS=0。在iLr小于iL

(约等于Io)前，uCr=0。由于Us>ucr，iLr上升这一时段iLr的上升率为diLr/dt=Us/Lr。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形21t1~t2时段：t1时刻iLr>Io

,VDf截止，Lr对Cr充电,uCr上升。由于Us>ucr

，iLr不断上升到t2时ucr

=Us

，iLr达到谐振峰值。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形22t2~t3时段：t2后，Lr向Cr放电，uCr继续上升iLr下降

直到t3时刻iLr

=Io

，uCr达到谐振峰值。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形23t3~t4时段：t3后，iLr下降，iLr<Ioucr下降ucr大于Us，iLr不断下降，直到t4时刻iLr

=0。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形24

t4~t5时段：电流iLr不反向，iLr

=0ucr继续下降，到t5时刻ucr=Us

。在t4~t5时段应关断管子VT。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形25t5~t6时段：t5之后，uCr继续下降由于VT关断，虽然uCr小于Us，但Lr无电流通路，电流iLr为0。随着uCr下降，VT电压UDs逐渐增加直到t6时刻，UDs=Us

，uCr=

0。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形26t6~t`0时段：t6时刻之后，VDf续流，uCr被钳位为0VDf为通态，VT为断态。在t6~t`0时段，iLr

=0，如果在t`0时刻开通VT，近似于零电流开通。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形272.Lr和Cr的参数设计控制特性取决于谐振电路Lr和Cr的参数设计。电压转换率M、特性阻抗Zr、谐振频率fr、归一化负载电阻r、开关频率fs与谐振频率fr之比的归一化开关频率fn等定义为式(7-1)—(7-5)电压转换率M越小输出电压越低；归一化负载电阻r越小，则负载等效电阻越小；电路中t6~t`0间隔时间可以调节开关频率。7.2.1零电流准谐振变换器（7-1）（7-2）（7-3）（7-4）（7-5）28谐振电流幅值Us

/Zr。有负载，还不是真正的谐振电路。若Io

-Us

/Zr>0，则电流ilr不能自然回到0。规定Io<

Us

/Zr

。开关管关断时刻必须在ucr下降到Us之前。电压ucr与Io有关。7.2.1零电流准谐振变换器图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器a）电路b）电路波形29如图7-11c）r为不同值时M和归一化开关频率fn的关系曲线M对负载的变化很敏感。轻载荷时，能量存储在Cr中，输出电压升高，必须控制开关频率。图7-11Buck型半波零电流准谐振变换器

c）M和的关系曲钱7.2.1零电流准谐振变换器30一、判断题（表述正确的请在括号中填写“对”，反之，填写“错”）1.降压型半波零电流开关准谐振电路，开关管与小电感串联，正常工作时，开关管断开瞬间通过开关管本体的电流是接近于零的，开关管断开之后，通过开关管本体的电流保持为零。（）二、单选题（将正确答案A、B、C或D填写在括号中）1.如下所述，关于降压型半波零电流开关准谐振电路开关管关断，表述正确的是：（

）A、降压型半波零电流开关准谐振电路开关管在任何时刻关断都能实现零电流关断。B、降压型半波零电流开关准谐振电路不能实现零电流关断。C、降压型半波零电流开关准谐振电路开关管在一定的时间范围之内关断才能实现零电流关断。D、降压型半波零电流开关准谐振电路的开关频率完全由开关管的关断时刻决定的。7.2.1零电流准谐振变换器31例题7-1某半波运行的Buck型零电流准谐振变换器如图7-11a）所示，已知输入直流电压为36V，谐振电容Cr

=0.25µF、谐振电感Lr

=4µH，要求输出直流电压为12～24V，输出电流为3A，求开关频率范围。解：根据题意Uo=12～24V，Io=3A，Cr=0.25µF，Lr

=4µH，则

当输出电压最小Uo

=12V时

=12/36=0.33

=12/3=4（Ω）

=4/4=17.2.1零电流准谐振变换器32根据图7-11c），当r=1，M=0.33时，fn大约为0.23，则根据=0.23159=36.6（kHz）7.2.1零电流准谐振变换器33当输出电压最大Uo=24V时=24/36=0.667

=24/3=8（Ω）=8/4=2根据图7-11c），查出fn大约为0.45，则：

=0.45х159=71.6(kHz)故开关频率范围为36.6～71.6kHz。7.2.1零电流准谐振变换器34图中只给出了几条曲线，如果需更多曲线，请参考相关文献。7.2.1零电流准谐振变换器讨论提纲负载变化时，零电流准谐振变换器的开关频率恒定吗？零电流准谐振变换器的谐振频率是多少？简述归一化负载电阻r的含义?零电流准谐振变换器的特性阻抗Zr是多少？归一化负载电阻r恒定时M和归一化开关频率fn的有什么样关系。深度问题：35Buck型半波零电流准谐振变换器的工作原理分析总结零电流准谐振变换器的开关频率不是恒定的（关断时间可调节）零电流准谐振变换器的谐振频率简述归一化负载电阻r与负载电阻R的关系。零电流准谐振变换器的特性阻抗Zr按谐振电路计算归一化负载电阻r恒定时M和归一化开关频率fn的关系可按曲线图查找。36371.工作原理ZVS-QRC中，谐振电容为开关提供零电压的条件。图7-14a）是半波运行的Buck型准谐振变换器。零电压谐振开关波形如图7-14b）。7.2.2

零电压准谐振变换器图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形预习检查什么叫零电压准谐振变换器？前课重点38VT导通后,

VT电流与Io相等,

VDf反偏截止。VT零电压关断后，电流流过谐振电容Cr，Ucr上升。t0~t1时段：

t0之前，VT导通，ucr=0，iLr

=iL

t0时VT关断，Cr电压上升，VDr未通。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.2

零电压准谐振变换器39Lr+L向Cr充电，电流源ucr线性上升，同时uDf下降。直到t1时，uDf=0，VDf导通。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.2

零电压准谐振变换器40t1~t2时段t1时VDf导通，L通过VDf续流，

CrLrUs形成谐振；iLr对Cr充电,ucr上升iLr下降t2时，iLr=0，Ucr达到谐振峰值。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.2

零电压准谐振变换器0V41t2~t3时段：t2后，Cr向Lr放电，

ucr下降iLr反向到t3时，ucr=Us，这时，ULr

=0，iLr达反峰值。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.2

零电压准谐振变换器42t3~t4时段：t3后,Lr向Cr反向充电，ucr下降。到t4时ucr=0。

t1到t4,谐振方程为图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形（7-9）（7-8）（7-7）7.2.2

零电压准谐振变换器43t4~t5时段：uCr被钳位于0。uLr=Us，iLr线性衰减，到t5时，iLr=0。uT为零，必须在此期间使VT开通。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.2

零电压准谐振变换器44t5~t6时段：由于VT导通，iLr上升。到t6时,iLr

=IL

，

VDf关断。t5到t6时段电流iLr的变化率为图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形（7-10）7.2.2

零电压准谐振变换器45t6~t`0时段：VT通态，通过VT电流与iLr以及IL相等。谐振电感Lr上的压降很小，udf=Us。可零电压关断。是零电压电路。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器a）电路b）电路波形7.2.2

零电压准谐振变换器462.特性分析图7-14c）为M和fn的关系曲线。电压转换率对负载敏感。对不同的负载Ro，开关频率有相应的变化。图7-14Buck型半波零电压准谐振变换器

c）M和的关系曲线7.2.2

零电压准谐振变换器r=47谐振过程中ucr（即开关VT的电压）的表达式[t1~t4

]上uCr的谐振峰值为（7-11）（7-12）（7-13）7.2.2

零电压准谐振变换器虚线实际不存在48

零电压开关准谐振电路实现软开关的条件否则，VT也就不可能实现零电压开通。缺点：谐振电压峰值将高于输入电压的2倍。7.2.2

零电压准谐振变换器虚线实际不存在

若没有被钳位，uCr的最小值为497.2.2

零电压准谐振变换器一、判断题（表述正确的请在括号中填写“对”，反之，填写“错”）1.降压型半波零电压开关准谐振电路，由于开关管两端并联电容，正常工作时，开关管断开瞬间两端电压是接近于零的，开关管断开之后，两端电压Ucr在一段时间内保持为零。（）二、单选题（将正确答案A、B、C或D填写在括号中）1.如下所述，关于降压型半波零电压开关准谐振电路开关管开通，表述正确的是：（

）A、降压型半波零电压开关准谐振电路开关管在任何时刻开通都能实现零电压开通。B、降压型半波零电压开关准谐振电路不能实现零电压开通，但可以实现零电压关断。C、降压型半波零电压开关准谐振电路不能实现零电压关断，但可以实现零电压开通。D、降压型半波零电压开关准谐振电路开关管在某个特定的时间范围之内开通才能实现零电压开通。50ZCS和ZVS具有以下特点。ZCS可以消除开关关断损耗和减少开关开通损耗。ZCS零电流导通时，容性开通损耗与开关频率成正比。ZCS要承受较大的电流应力，导致较大的通态损耗。ZVS半波运行消除了容性开通损耗，适于高频运行。ZCS和ZVS都是通过变频控制的方式来调整输出的。输入和载荷变化大时，要求频率范围宽，难以设计。7.2.2

零电压准谐振变换器讨论提纲零电压准谐振变换器的能够全波运行吗？零电压准谐振变换器的开关频率是恒定的吗？零电压准谐振变换器的谐振频率是多少？零电压准谐振变换器的特性阻抗Zr是多少？归一化负载电阻r恒定时M和归一化开关频率fn的有什么样关系。深度问题：51Buck型半波零电压准谐振变换器工作原理分析总结零电压准谐振变换器的能够全波运行，但一般不采用零电压准谐振变换器的开关频率也不是恒定的零电压准谐振变换器的谐振频率按频率电路计算零电压准谐振变换器的特性阻抗Zr按频率电路计算归一化负载电阻r恒定时M和归一化开关频率fn的有关系，可查曲线。52对零电压开关（ZVS）逆变器的应用，提出了两种方法实现逆变器软开关。第一种方法：使直流环电压瞬间为零，以实现开关零电压开通和关断。第二种方法：谐振极逆变器的思想，把谐振极（支路）和逆变器的运行踪合起来考虑，为逆变器开关产生零电压或零电流条件。537.2.3谐振型直流环逆变器*图7-17为谐振环逆变器电路VT使逆变桥中所有的开关元件工作在零电压开通的条件下。开关VT由逆变电路中开关通断来代替如图7-18。547.2.3谐振型直流环逆变器

*图7-17谐振环逆变器图7-18谐振环逆变器的等效电路IX随负载条件的变化而变化，但在短暂的谐振周期内可假定不变，如果当电感电流等于iLr0时开关VT关断，则电感电流iLr为式中：557.2.3谐振型直流环逆变器*（7-15）（7-16）56当VT导通是，必须检测iLr-IX的大小。当iLr-IX达到要求值时，VT可以开通，其目标就是保证直流环电压在下一周期能振荡到零电压。以开关VT关断时刻为起点分析工作过程，如图7-19所示。7.2.3谐振型直流环逆变器*图7-19谐振直流环电路的理想化波形图7-18谐振环逆变器的等效电路t0~t1时段：

t0之前，VT导通，iLr大于IX，t0时VT关断，谐振，iLr>IX，

iLr对Cr充电，

ucr升高直到t1时刻，ucr=

Us。t1~t2时段：

t1时刻ucr=

Us，uLr=0，iLr达到峰值

t1以后iLr继续向Cr充电并减小，而Ucr升高直到t2时刻

iLr=IX

，Ucr达到谐振峰值。577.2.3谐振型直流环逆变器*图7-19谐振直流环电路的理想化波形图7-18谐振环逆变器的等效电路t2~t3时段：t2后，uCr向Lr和IX放电，iLr继续降低，反向后，Cr继续向iLr放电，iLr反向增加

t3时uCr=us,iLr达到反向峰值。t3~t4时段：t3时刻，uCr=Us，iLr达到反向峰值然后iLr衰减，uCr

下降直到t4时，uCr

=0，VD导通，uCr钳位于零。587.2.3谐振型直流环逆变器*图7-19谐振直流环电路的理想化波形图7-18谐振环逆变器的等效电路t4~t5时段：uCr

=0，iLr线性上升直到

t5时刻，iLr=IX

，VT应在此期间实现零电压开通。t5~t0′时段：VT导通，电流iLr线性上升。直到t0′时刻，VT再次关断。597.2.3谐振型直流环逆变器*图7-19谐振直流环电路的理想化波形图7-18谐振环逆变器的等效电路电路中Ucr的谐振峰值很高，增加了耐压的要求。三相逆变器6个开关的相电压和线电压，如图7-20。60图7-20谐振环逆变器典型的相电压和线电压7.2.3谐振型直流环逆变器*优点：减少损耗,无缓冲电路运行；较高开关频率运行，可减少逆变器噪声；开关损耗的ZVS，可减少散热片，提高功率密度。不足在于：峰值电压比额定直流环电压高（2倍）。可以利用有源钳位电路减少直流环峰值电压，如图7-21所示，可以将峰值电压限制在Ucc+Us。61图7-21有源钳位谐振直流环逆变器7.2.3谐振型直流环逆变器*Ucc=（0.3～0.5）Us，降到1.3～1.5倍。钳位电路也使控制更复杂。如图7-28。图中H型全桥。各Cr为开关器件的结电容或外电容并联，与谐振电感Lr构成谐振元件。VD5、VD6构成全波整流输出电路，L、C为输出低通滤波元件，负载R。627.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*图7-28移相全桥零电压开关PWM直流-直流变换电路电路特点在一个开关周期Ts内，每一个开关导通的时间都略小于Ts/2，而关断的时间都略大于Ts/2

；同一个半桥中上下两个开关不同时处于通态，开通都要经过一定的死区时间；VT1的波形比VT4超前0～Ts/2时间，而VT2的波形比VT3超前0～Ts/2

时间。称VT1和VT2为超前的桥臂，而称VT3和VT4为滞后的桥臂。637.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*工作过程图7-29给出了uAB、uLr、iLr

、uW1、uR、iL

、iD5、iD6的波形。t0~t1时段：VT1、VT4都导通uAB

=Us

，uLr=0原边侧Lr=iL

/n,

uW1

=Us

，VD5导通，uR

=

Us/n其中n为变压器变比，iL略有上升。

64图7-29全桥式ZVS变换器理想化波形7.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*t1~t2时段：t1时刻VT1关断后，C1、C2、Lr以及同W1构成谐振回路UA不断下降，直到UA=0，UAB=0。由于Lr电感量远小于L，ULr=0，iLr基本不变，uW1下降，UR也下降到0，VD2导通，iLr通过VD2续流，IL略有下降如图7-29。65图7-29全桥式ZVS变换器理想化波形7.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*t2~t3时段：t2时VT2开通，由于VD2导通，VT2开通时电压为零，无开关损耗；VT2开通后，UAB

=0不变，iLr基本不变变压器内部磁平衡，通过绕组W5和二极管VD5的电流继续保持到t3时VT4关断。66图7-29全桥式ZVS变换器理想化波形7.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*t3~t4时段：t3时刻VT4关断，B点电位不断上升iLr下降，iD5下降，iD6电流上升，iD5

+iD6=iLVD5

和VD6同时导通，故UR为0，W1电势为0C3、C4与Lr构成谐振回路。期间iLr减小，uAB和uLr反向增加，直到VD3导通；到t4时刻VT3开通，VD3是导通的，零电压开通.67图7-29全桥式ZVS变换器理想化波形7.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*t4

~t5时段：VT3开通后，uAB=-Us，iLr继续减小后反向增大，直到t5时iLr=-iL

，iD5下降到零，iL转移到VD6中，能量由原边供给。

期间，W1反向电压增加，uLr反向电压减小，W3输出电压以及uR电压增加，iL由略有下降转为略有上升。68图7-29全桥式ZVS变换器理想化波形7.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*t0~t5时段正好是开关周期的一半在另一半开关周期t5~t`0时段中，电路的工作过程与t0

~t5时段完全对称由于4个开关管两端并联电容，关断损耗小。开通时，其体内二极管是否有电流是关键。69图7-29全桥式ZVS变换器理想化波形7.3移相全桥型零电压开关PWM直流-直流变换电器*1．全桥LLC谐振变换器的结构如图7-22所示为全桥LLC谐振变换器。其中VT1、VT2、VT3、VT4，与其并联的分别为其本体二极管与寄生电容。

Lr、Lm和Cr分别为谐振电感、励磁电感和谐振电容。70图7-22LLC谐振变换器的结构图7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*2．全桥LLC谐振变换器工作原理谐振元件Lr、Lm和Cm当Lm被输出电压钳位时，不参与谐振，此时只有Lr与Cr参与谐振，谐振频率fr为公式（7-3）当励磁电流与谐振电流相等时，Lm参与谐振，谐振频率fm为LLC谐振变换器的本质就是通过调节fs的大小来改变LLC谐振腔阻抗，从而达到能量传递的目的。

71（7-21）7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*有三种工作方式。工作方式1当fm<fs

<fr时，如图7-23a）。当iLm=iLr时，电感Lm参加谐振副边整流二极管的电流断续。72图7-23LLC谐振变换器主要波形a）当fm<fs

<fr时波形在这种情况下副边整流二极管能实现ZCS关断。7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*工作方式2：当fs

=fr时，此时情况如图7-23b）。Lm不再参加谐振，它两端电压被输出电压钳位在nUo。73图7-23LLC谐振变换器主要波形

b）当fs

=fr时波形副边整流二极管的电流临界连续，所以也副边整流二极管可以实现ZCS关断。7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*工作方式3：当fs

>fr时，如图7-23c）所示。Lm不参加谐振，其两端的电压被钳位在nUo

。74图7-23LLC谐振变换器主要波形c）当fs

>fr时波形副边整流二极管在电流不为零状态下换流，这时其工作在硬关断的模式下，因此存在反向恢复的问题。7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*75如果谐振网络是由两个电容和一个电感串联或者串并联构成，则称为LCC谐振电路。谐振电路类型较多目前最为常用的是LLC谐振电路，它具备低应力、高效率、低电磁辐射等诸多优势。在各种需要高效率和高功率密度的隔离DC-DC变换的场合，应用极为广泛。7.4全桥零电压开关LLC谐振变换器*零电压转换PWM电路具有电路简单、效率高等优点。如图7-30。在VD1

开关VT1两端并联一个由Cr、Lr

、VTr和VDr组成的辅助谐振网络。构成了一种升压零电压转换PWM电路。767.5零电压转换PWM电路*图7-30升压型零电压转换PWM电路的原理图假设电感L、电容C很大，VTr超前于VT1开通。而VT1开通后VTr就关断。主要的谐振过程在VT1开通前后。波形分析见图7-31。t0~t1时段：VTr先于VT1开通，由于此时VD尚处于通态，所以uLr=Uo

iLr按线性迅速增长，iD以同样的速率下降。直到t1时刻，iLr=IL

，iD下降到零，VD自然关断。77图7-31升压型零电压转换PWM电路的理想化波形7.5零电压转换PWM电