1、太原理工大学硕士学位论文单周期控制的软开关无桥升压PFC电路的研究姓名：张琳申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：任鸿秋201205太原理工大学硕士研究生学位论文单周期控制的软开关无桥升压PFC电路的摘要现阶段，谐波污染已经成为电力系统主要的污染源。解决公用电网的谐波污染问题和提高公用电网品质最好的方法就是使用功率因数校正技术，减少电路的谐波污染并提高功率因数。功率因数校正技术的方法是通过改进电力电子设备本身，使电路从实质上彻底解决谐波污染问题，大大降低或消除谐波污染，从而提高电网功率因数。本文研究了在CCM模式下的软开关无桥升压PFC主电路以及电路的单周期控制方法。本文综合无桥
2、升压PFC主电路、软开关电路以及单周期控制方法优点，设计了基于单周期控制的软开关无桥升压PFC电路，解决了传统PFC电路的通态损耗和开关损耗大、控制结构复杂、实际电路体积庞大等缺点，使PFC电路拓扑应用于中大功率的场合。重点研究了无桥升压PFC主电路拓扑结构和工作模式，以及无桥电路的各种电流、电压采样电路。分析了软开关技术的基本原理、发展状况以及各种分类，并研究分析了无桥PFC软开关技术的各种电路。通过选用无桥主拓扑和软开关电路降低了电路中的通态损耗、开关损耗以及开关噪声，并提高了整个系统的效率。以Boost电路为例分析了单周期控制的基本理论，并对单周期控制IRl 1 50芯片的结构及外围电路
3、做了简单介绍。在分析单周期控制的PFC电路稳定性的基础上，简要介绍了单周期控制在其它电流控制技术方面的应用。设计研究了25kW单周期控制的软开关无桥Boost PFC电路，分别给出了主电路、软开关电路和控制电路各参数的设计与计算方法，并进行了详细的推导计算。太原理工大学硕士研究生学位论文最后利用MatlabSimulink对软开关无桥升压PFC电路进行建模和仿真分析，验证了电路可行性及优势；还通过搭建硬件实验电路对单周期控制软开关无桥PFC电路的设计进行实际的分析，电路的实验波形数据分析结果验证了电路的正确性与可行性。关键词：无桥升压PFC，软开关，单周期控制，IRl 150苎塑墨坚蔓兰燮壅竺
4、堂篁笙苎STUDY ON SOFT SWITCHINGBRIDGELES S BOOST PFC CIRCUIT BASED ONONE CYCLE CONTROLABSTRACTAt this stage，the harmonic pollution has becomea maior source ofpol上utlon m tbe power systemThe best way to solve the problem of ha册onicp011utlon of the utility grid and improving the quality of the utility gri
5、d isreduces the harmonic pollution and improves thepower factor of the circuit bvPow盱factor correction technologyThe technology of Power factorcorrectlon，through improved power electronic devices，solve the problem ofnamonlc pollution completelyin essential， andgreatly reduce or elirainateharmonic po
6、llutionThereby，power factor was increasedThls paper studied in CCM the softswitching bridgeless boost PFC maincircuit and the method of onecycle controlcircuitSynthesizing the advantageof bnQgeless boost PFC circuit and soft switching circuit，as wellas onecvclecontrol method,this paper designed thes
7、oftswitching bridgeless boost PFCcircuit based on onecycle contr01The circuit solves theproblems ofconVentlonal PFC circuitJust as the On-state losses，switching10sses，and thecomplexity of the control structure and SO onThen PFC circuit topoiogycan beused in high power situations1he stlllctu心and work
8、 patterns of bridgeless Boost PFC circuittopol02vwere studiedAnd a variety of sampling circuit ofbridgeless circuit was alsostudiedThe paper analyzes the basic principles，development，and cIass谁cationof sottswltching technology，and studies andanalyzes a vatiety of circuit ofbndgeless PFC softswitchin
9、g technologyUsing bridgeless maintopoi02v andsonswltchlng circuit reduced the conduction losses in the circuit，the switchin2josses and swltching noiseAnd the system efficiency of the wholecircuit wasT11太原理工大学硕士研究生学位论文improvedTake boost PFC circuit for example，the basic theory of onecycle controlwas
10、analyzedAnd the structure and the external circuit of the IRl 1 50 chipbased on onecycle control made a brief introductionThe stability of theonecycle control PFC circuit was simply analyzedThe onecycle control inother current control technology application also simply introduced25kW onecyclecontrol
11、 of soft-switching bridge Boost PFC circuit wasdesigned and researchedAt the same time the parameters of the main circuit，the softswitching circuit and the control circuit were also designed andcalculated in detailFinally，the soft-switching bridgeless boost PFC circuit is modeled andsimulation analy
12、sis by the soflware of MatlabSimulink to verify the circuitfeasibility and advantagesThe design of onecycle control softswitchingbridgeless PFC circuit is analyzed actually through hardware experimentalcircuitThe experimental waveforms and the data analysis results of the circuitverified the correct
13、ness and feasibility of the circuitKEY WORDS：bridgeless boost PFC，soft-switching，one cycle control，IR 1 1 50IV太原理工大学硕士研究生学位论文第一章绪论近几年来，随着电子技术的不断进步及社会发展的需要，以及集成电路设计与制造工艺的不断进步，几乎所有电气设备的电源装置部分都采用了开关电源。因此，公用电网主要的谐波污染就是由开关电源等电力电子装置造成的，而有效解决这类问题的方法就是功率因数校正技术。11功率因数校正问题的提出交流输入电压为单相交流110V或220V的开关电源，其输入整流滤波环
14、节大部分都采用图1一l所示的单相桥式不可控整流滤波电路。输入220V交流电，整流后直接接上滤波电容，以获得较为平滑的直流电压。因为受电路中二极管的非线性与电容储能的影响，使输入电流成为一个周期性的尖峰电流(特点：时间短、峰值高)，图12所示是输入电压和电流的波形【l】。受到以上因素的影响，通过整流器输入电流的额定值就会增大，电路的效率反而降低了。功率因数只能达到065左右。ACjl厂厂 。V Vt7L八 。V V t7图11整流电路 图12输入电压和电流波形Fig11 Rectifier circuit Fig1-2 Input voltage and current waveforms对图1
15、2所示的电路进行傅里叶分解，可得下面的表达式：I(t)=11 sin cot+，3 sin3cot+15 sin5cot+ (11)上式中，为电流的基波分量；厶为3次电流谐波分量、厶为5次谐波分量。表达式11中只含有奇次谐波是因为输入电流是奇次谐波函数，因而，其谐波分析就为图13所示波形。太原理工大学硕士研究生学位论文(A)I I l0O O1k 02k 03k 04k O5k 06k 07k 08k O9k 1Okf(nz)图1-3输入电流的谐波分析Fig13 The analysis of input current harmonics综上所述的畸变电流中含有丰富的谐波分量。但在交流输入电
16、流中只有基波电流做功，其余各次谐波分量均不做功，这些谐波电流注入电网就会对电网造成极其严重的谐波污染。所以大量的谐波涌入公用电网，对电网造成严重谐波污染的同时还会对所接设备造成极大的危害，甚至烧毁。其主要危害包括【2】=(1)谐波电流会使交流电网电压的正弦波发生畸变，即电网受到污染，进而电能质量一定程度上受到影响。(2)电网的谐波污染会使电网电路的损耗增加。(3)公用输电线路会因为谐波电流的存在而被污染，有些情况下还会造成电气设备工作在非正常状态，甚至毁坏电气设备。(4)谐波也会对通信线路产生一定程度的干扰，影响正常的通信状态，严重时，影响人们的正常生活。(5)系统中的继电保护设备会因为谐波污
17、染而产生误动作，以至于常用仪表产生误差等。所以公用电网与电气设备之间必须降低谐波含量，但是整流滤波需要大量的电容，这样会使产品的体积变大。解决电网中谐波污染的问题主要有两种途径3卅：(1)在公用电网中加入补偿装置(如有源滤波器和无源滤波器等)，来减少电路中电力电子装置产生的谐波污染；(2)通过功率因数校正技术来对电力电子装置自身进行改进，使装置尽量不产生或产生少量的谐波。将前面两种途径进行比较，电路中加入补偿装置就是电路中产生谐波后才进行补偿2太原理工大学硕士研究生学位论文的，这种方法较消极不常用；而通过功率因数校正技术的方法改进电路，使电路自身不产生谐波，是一种积极的方法，具有广泛的应用前景
18、。其中，改进电力电子设备本身，能从实质上彻底解决谐波污染的问题，进而使功率因数有所增加。具体的做法是在电力电子装置的内部设立无源或者有源功率因数相关校正电路，来降低电力电子设备从电网吸收的谐波电流含量，如此以来电路的功率因数有所提高。因此，一些国际组织或国家颁布或实施了一些谐波限制标准51。诸如欧洲以及日本等一些发达国家首先制定了有关谐波的标准，欧洲要求从1996年1月1日开始，不仅当时生产的新产品，就是当时国内正在出售和进口的电视机、计算机和空调等几乎所有的电气产品必须满足谐波标准。在欧洲和日本限制标准的基础上，国际电工委员会(IEC)制定了谐波限制的IEC6100032国际标准，针对不同的
19、电器IEC6100032分A、B、C、D四类。为了解决日益严重的谐波问题，我国也在近年相继发布了GBT12315-2008电能质量供电电压偏差、GBT123262008电能质量电压波动和闪变、GBT145491993电能质量公用电网谐波、GBT155432008电能质量三相电压不平衡、GBT1 59452008电能质量电力系统频率偏差等五项标准来保证我国的电能质量61。12功率因数和总谐波畸变121功率因数的概述要想正确认识、分析并解决电力电子装置带来的谐波污染和无功问题，首先应明确功率因数的概念。在电工学的线性电路中，功率因数(阿)是习惯用正弦电压与电流二者之间的相位差够来表示和计算，其定义
20、是：PF=cos(p (12)PFC电路中，尽管输入为正弦波的交流电压，然而由于电路中的电感、电容储能以及二极管的非线性，输入电流还是产生了非常严重的相位变化与波形畸变。另外，从传输能量来讲，功率因数校正(PFC)就是用电设备仅能从电网端吸取能量，但不能将能量反馈回到电网中去。因此，线性电路中计算功率因数的公式不再适用，定义功率因数为有功功率(P)跟视在功率(J)之比刀，公式如下：气太原理工大学硕士研究生学位论文尸F：一P：Uillcos0：Il COS9：ycos0S Ufl胄 1月 (1-3)式中，厶为输入电流的基波有效值；厶为输入电流的有效值；U为输入电压的有效值；y为输入电流的畸变因数
21、(Distortion Factor)；目为输入电流基波与电压之间的相位差。其中1且=17+I；+：，厶，厶，厶分别为输入电流1，2，n次谐波的有效值；y=，。，月：，0Fi_可，它表示基波电流的有效值在电网电流有效值中所占比例，标志着电流波形偏离正弦波的程度。cos0则为位移因数(Displacement Factor)，它标志着基波电流与电压间的相位大小。122功率因数和总谐波畸变的关系工程中，电流谐波或者电压谐波的含量经常用总谐波畸变(Total HarmonicsDistortion，THD)来表示，即THD定义为总谐波有效值与基波有效值之比：m：坐lj：巫41 22+军I；+互+12
22、 4，从上式可以看出，总谐波畸变(THD)可以更好的衡量电流波形失真情况，以及高次谐波给总输入电流带来的影响。于是畸变因数y与总谐波畸变因数(THD)两者之间可通过下式表示：y=，li月=1,1+THD2 (15)如果输入电压与电流之间不存在相位差，即0=0，则PF=，liR=141+THD2 (16)功率因数(网与总谐波畸变(mD)两者之间的关系就是式(16)所示的关系式。输入电流中的谐波含量越高，畸变因数就会越低，进一步导致功率因数越低。所以要想从根本上提高功率因数，就只有通过校正输入电流的相位和消除谐波两个方面去解决。4太原理工大学硕士研究生学位论文THD指标可以表征非线性电路的功率因数
23、，当总谐波畸变THD茎5时，功率因数PF就可以大于0998t 81。13 PFC的发展现状与趋势二十世纪70年代，随着国内外半导体器件的断发展，开关变换器也得到了极其快速的发展与创新。进入80年代后，紧接着就产生了有源功率因数校正(APFC)技术。进入20世纪90年代以后，很多用于PFC电路的新型拓扑结构、单周期控制等新的控制方法源源不断的被提出来【91。PESC(IEEE Power Electronics Specialists Conference)自92年起就确立了研究单相PFC专题。有源PFC电路逐渐从分体的各元件组成的电路发展为集成电路，这些集成电路大大提高了有源功率因数校正(AP
24、FC)电路的设计与创新的效率，因而PFC技术也逐渐由理论研究阶段迈进了电网实用阶段。虽然单相PFC技术已基本趋于成熟，但并不意味着单相PFC已经发展到没有任何研究价值的地步，要实现提升电路的功率因数值、提高单相PFC电路的效率、优化各种新型控制的效果、降低电路的元器件成本等目标，还需进一步在新的技术方面进行不断的创新。近年来一些新颖的PFC技术已经成为PFC研究的热点。因而，其控制方法与电子器件的发展主要是通过以下几个方面对APFC技术进行研究【10】：(1)为了实现简化电路结构提高电路效率的目标，通过已有的电路和新的原理相结合得到一种或多种新的电路拓扑结构。(2)在有源功率因数校正电路中应用
25、新的直流变直流变换电路。例如，软开关技术的应用可以提高开关频率、减少开关损耗和EMI，其中零电压开关(ZVS)技术、零电流开关(ZCS)技术已经初步应用到实际电路中。(3)在已有拓扑结构条件下应用新的控制方法，或者新拓扑条件下使用特殊的控制方法，新型控制策略可改善电路的性能。(4)单级有源功率因数校正电路的性能还没有发挥到最优，仍要进一步解决很多问题，因而有源功率因数校正变换器的研究仍然是一个热点问题。(5)数字控制技术的研究、应用。利用数字控制技术可以实现一些先进的，但又比较复杂的控制方法(这些方法用于模拟电路是不能或不容易实现的)，如模糊控制等，进而希望克服模拟器件老化或温度漂移等引起的控
26、制性能变差等模拟控制电路所存在的一些问题。5太原理工大学硕士研究生学位论文14 APFC的几种典型拓扑结构有源功率因数校正的主电路有Buck、Boost、BuckBoost、Cuk、Sepic和Zeta等不同的拓扑结构。本节主要介绍基于这几种常用拓扑的PFC变换器的工作原理，并对比这几种电路的特点及应用场合121。141基于Buck电路的PFC变换器无论降压型Buck电路的PFC的主拓扑电路工作在哪一种模式下，输入电流均是处于断续的状态，输入电压过零附近，开关管关断，于是可知输入电流就为零，因而这种电路拓扑的功率因数不高。根据在一个开关周期之内主电路中流过的电感上电流是否处于连续状态，将电路分
27、为工作在CCM或者DCM模式下。工作在连续电流模式(CCM状态)下指的是续流二极管在主开关关断期间一直有电流流过；工作在断续电流模式(DCM状态)下是指一个开关周期里主电路中的开关和二极管在一段时间内都处于不导通状态。Lf Z 么 +俺Ud V硬 f一。+：c= 2 R：VFlm I本(a)输入电压正丰周期时的工作模态(a)Operational Modal when the positive half cycle of the input voltage7伪?毒 f= R i型J(b)输入电压负半周期时的工作模态(b)Operational Modal when the negative h
28、alf cycle of the input voltage图2-3无桥升压PFC电路的工作模态图Fig2-3 Bridgeless boost PFC circuit Modal Graphs23无桥Boost PFC电路的采样电路基本型无桥Boost PFC根据所用控制方式的不同，采样信号的数量和内容也会发生相应改变，其中平均电流控制模式实现PFC功能需要的信号最多，需要采样输入电压形状、输入电压有效值、输入电流和输入电压四种采样信号，针对这四种采样信号，下面分析其在无桥PFC电路中的实现形式。231电感电流的采样电路由以上详细分析可知，在任何一个开关周期的一个导通回路中，无桥Boost
29、PFC电路所取得的电流采样信号都无法极性一致，因而需要构建电感电流检测电路【201。(1)双电阻采样法图24所表示的就是双电阻采样法，就是将两个采样电阻分别放置在功率地与开关17太原理工大学硕士研究生学位论文管源极之间进行采样。这样做的优点是采样值比较准确，但通态损耗却由于电阻Rsl、Rs2的影响而变大，另外电路中还添加了功率管VFl、VF2相对应的的驱动电路以及功率管VF3、VF4，因而双电阻采样法使电路的基本结构更加复杂。(2)开关管漏源电阻采样法开关管漏源电阻采样法如图25所示。通过这种方法，功率损耗不会因此增加额外的损耗，但是要在电路中加与功率管VFl、VF2相对应的驱动电路和功率管V
30、F3、VF4，与此同时伴随着功率管VFl、VF2的导通，电路的漏源电阻就会跟随电流而变化，所以很容易出现采样电流信号畸变的现象。司图2_4双电阻采样法Fig2-4 pairs of resistance sampling司图25开关管漏源电阻采样法Fig2-5 switch drain-source resistancesampling method(3)单电阻采样法图2-6所示为单电阻采样法，该方法将功率开关管从MOSFET变为IGBT，同时增加两个独立的二极管903、VD4，从而在输入电压正负半周期内获得电感电流方向一致的采样信号，虽然采用采用电阻实现电感电流采样是一种比较简单的方法，其缺
31、点是增加了两个二极管，同时采样电阻也会消耗一定能量。图2-6单电阻采样法Fig2-6 Sampling of a single resistor(4)霍尔电流元件法图27所示为霍尔电流元件法，由于PFC的开关频率通常比较高，电感电流中含有18太原理工大学硕士研究生学位论文高频分量，所以就要选用精度比较高、响应时间比较短、宽度范围比较大的霍尔元件，这样选取的霍尔元件一般情况下成本很高，在实际应用过程中的性价比不是很高。图27霍尔电流元件法Fig2-7 Hall current component method另外，还存在电流互感器采样法等，但是电路互感器采样法存在互感器二次绕组的接法等问题，不经
32、常使用。总之，无桥PFC的电流采样方法有多种，不同的采样方法的特点也不同，在应用过程中，根据实际需要或者结合所用拓扑的特点，选择合适的电流采样电路。232输入电压的采样电路新型无桥Boost PFC的结构比普通的Boost PFC少了整流桥部分的电路，所以无论输入电压是处于正半周期还是处于负半周期，都要对输入电压进行采样。(1)整流桥采样法图28所示为整流桥采样法，这种方法通过四个二极管组成整流桥，将输入交流电压信号整流后再经过分压电阻获得交流脉动电压信号。图2-8整流桥输入电压采样电路Fig28 Rectifier bridge input voltage sampling circuit当
33、采用该方法时，输入电源与输出控制信号没有隔离，如果整流桥的地与功率地相连，则电路工作过程中，主电路中的电流信号存在通过整流桥下面的两个二极管返回电19太原理工大学硕士研究生学位论文源的潜在路径，因此实现电压采样的小容量二极管存在被烧毁的可能，所示这种采样方法并不可靠。(2)低频变压法图2-9所示为低频变压法，虽然变压器能实现输出与输入信号的电气隔离，且与图28相比，二极管也可以选用耐压低、价格便宜的器件，但由于处理低频信号的变压器尺寸往往比较大，系统功率密度的提高受到限制，同时也不具有价格优势，因此这不是一种值得推广的方法。斟29低频变压器法Fig2-9 The lowfrequency tr
34、ansformer method(3)二极管阻容采样法图210所示为二极管阻容采样法，经过整流二极管VD3、VD4之后，经电阻R1在电容Cl两端产生输入电压整流波形，该方法的优点是电路结构简单，但二极管的反向耐压值要高于输入电压的峰值，因此采样电路中的二极管需要选用耐压值较高的器件。(4)输入电压电阻采样法图210二极管阻容采样法Fig21 0 Diode RC sampling20太原理工大学硕士研究生学位论文PFC电感在50Hz或60Hz的电网频率下感抗很小，相当于短路，因此输入电压采样可用如图211所示的方法获得，在输入电压正负半周期内，功率地分别通过开关管VFl、VF2的体二极管与电阻
35、Rl、R2的上端相连。图211输入电压电阻采样法Fig2-1 1 Input voltage resistor sampling图211所示的电阻采样法结构非常简单，在无桥PFC电路中，它是种非常实用和有效的方法，在实际选择电阻时，可以讲电阻Rl、R2的阻值尽量取大，从而减少在电阻上的损耗，同时为了增大耐压值，可以将每个支路电阻(R1、R2)分别用两个电阻串联的方法实现。233输入电压的前馈采样电路图212所示是输入电压前馈采样电路，对输入电压的有效值进行采样。这种电路可以使输入输出功率保持在平衡状态，而且可以补偿输入电压的上下波动。采用前馈采样电路可以得到一个稳定直流电压值，这个电压值一般与
36、输入电压有效值可成一定比例。一般情况下在电路中增加两级滤波电路就可以去除纹波的影响影响。图212输入电压的前馈采样电路Fig21 2 Input voltage feedforward sampling circuit21太原理工大学硕士研究生学位论文234输出电压的采样电路无桥Boost PFC的输出电压采样电路与传统Boost PFC电路相似，通过电阻Rl、R2分压获得输出电压采样信号，经过电压环进入到控制回路中，如图213所示。图213输出电压的采样电路Fig2-I 3 Output voltage sampling circuit电阻R1和R2的取值应满足式21的要求，电阻Rl和电容C
37、f构成RC低通滤波电路，滤波器的截止频率通常设定的很低(10-20Hz)，用来衰减输出二次谐波，以免其引起输入电流畸变。输出电压采样电路和电压环中的具体参数可根据所选控制芯片的不同进行具体分析设计。=志乩 (2-1)24软开关技术241软开关的概述电力电子电路对电能有两种不同的处理方式：一是硬开关电路，所谓硬开关电路指的是，电路中的开关器件在电压和电流均不为零的情况下开通和关断，引起很大损耗。二是软开关电路，所谓软开关电路指的是，电路中的开关器件在电流或电压变为零的情况下开通和关断，从而使开关器件的功耗大大降低【2l】。在硬开关工作状态下，为了更进一步的减少由功率器件生成的各种损耗，自20世纪
38、80年代以来，软开关技术被深入且广泛的进行了研究与开发。跟PWM硬开关所不同的是，软开关是在零电压、零电流下开通和关断的，而且理论上开关损耗可以减为零。从理论上来讲，软开关在电路开通时功率管两端的电压要先降到零，然后其电流再从零逐渐上升为额定值，因此便可近似认为软开关电路中没有开通损耗。由于电路中的22太原理工大学硕士研究生学位论文功率器件在其开通前两端电压就已降为零，所以就使容性开通问题得到很好地解决。与开通过程相对应，理论上来讲软关断在电路关断时通过功率管的电流也要先降到零，于是其两端电压再由零升到额定值，因此电路中的关断损耗就可以忽略不计。由于电路中的功率器件在其关断前通过它的电流早已降
39、到了零，如此就使感性关断的问题得到很好的解决。硬开关和软开关下功率器件的开通和关断过程表22所示。表22软开关理想过程和硬开关过程Tab22 Softswitching ideal process and the hard-switching process开通过程 关断过程JU 飞广- 兰 弋尸1软开关的开关过程 n、 7。 “j7 Lpl； ；pl：nI L l LUJU 弓-：。兰 吲。l硬开关的开关过程 O、 ； 1 、 1gl公 -t gI公 t软关断和软开通是软开关的两种工作模式。软开通又分为零电压开通和零电流开通，那么软关断也可分为零电压关断和零电流关断221。零电流关断：流过功
40、率器件电流为零时刻或者为零以后再给功率器件一个关断信号，接着功率器件两端的电压就由零逐渐上升为额定值，功率器件就被截止，因此开关开通时就不会产生开关噪声和开关损耗。零电压关断：开关器件的电流从通态值降至断态值以后，开关器件的电压就由零上升至额定值(即开关器件的截止状态)。关断损耗因此就降低了。零电压开通：在开关器件开通前其两端的电压必须下降到约等于零(即通态值)，然后开关器件电流从零上升到额定值(即开关器件的导通状态)。因此在开关开通过程中就不会产生开关损耗和噪声。零电流开通：与开关相串联的电感能延缓开关开通后电流的上升速率，开关器件端电压从断态值降至通态值以后，电流就由零上升到额定值(即开关
41、器件的导通状态)。7气太原理工大学硕士研究生学位论文开通损耗如此就降低了。242软开关技术及其特点如图214所示，由开关器件S与谐振元件Lr、C，所组成的子电路就为软开关电路。零电流开关(ZCS)如图214(a)所示，也被称为电流型开关。图中通过开关器件S与电感Lr串联，及开关s的开通激励谐振元件Lr和C，来实现电路的零电流开通和关断123。目的在于利用辅助的L、C，元件发生谐振，为将要关断的开关器件创造零电流条件。零电压开关(ZVS)如图214(b)所示，也被称为电压型开关。图中通过开关器件S与电容C，的并联，及开关S的关断激励谐振元件L叮和C，来实现电路的零电压开通和关断，目的在于利用辅助
42、的I吓、C，元件发生谐振，为将要开通的开关器件创造零电压条件。TrLr(a)(b)图214零电压和零电流开关基本电路Fig21 4 Zero voltage and zero current switching circuit零电流开关电路与零电压开关电路(即ZCS和ZVS)二者为对偶关系，因而可通过对偶原理来分析二者得运行特点。ZCS开关电路中的极间电容及可以贮存能量又可以释放能量，但是与容性开通有关的开关损耗太大，因而运行频率会被限制在兆赫级的范围内。跟ZCS相反的是，ZVS不仅可以消除由二极管电容放电形成的duMt噪声及开关损耗，而且可使变换器在很高的频率范围内运行。应用软开关谐振电路能
43、够使开关器件的动态轨迹大大改善，它的动态轨迹远远小于器件的直流安全工作区。不难见得，软开关不存在二次击穿的限制，电路中也不需要缓冲电路，并且突变电流和电压的应力比较小，因而开关损耗特别小，而且可消除相对应24太原理工大学硕士研究生学位论文的电磁干扰(EMI)。这些优点正好克服了PWM硬开关的缺点，因此受到人们的青睐。25软开关的发展不同类型的软开关电路具有不同的特点，并且具有不同的应用场合，因此非常必要对这些不同类型的电路来进行分类。软开关电路可根据开关器件是零电压开或者零电流关断分成零电压或者零电流开关电路。一般情况下，无论哪一种软开关电路都只能属于零电压或者零电流开关电路中的一种。根据软开
44、关电路的发展历程，可以将其分为准谐振电路、零开关电路和零转换电路三大类。251软开关准谐振电路这是最早出现的软开关电路，其中有些现在还在大量使用。准谐振电路可以分为【24】：(1)零电压开关准谐振变换电路(ZeroVoltageSwitching QuasiResonantConverter，ZVS QRC)；(2)零电流开关准谐振变换电路(ZeroCurrentSwitching QuasiResonantConverter，ZCS QRC)；(3)零电压开关多谐振变换电路(ZeroVoltageSwitching MultiResonantConverter，ZVS MRC)；(4)谐振直流环节的变换电路(Resonant DC Link)。图215所示是软开关的各种准谐振电路。所谓准谐振指的是电路中的功率器件两端的电压(或流过电路的电流)为正弦半波的波形图。谐振电路的引入很大程度上减少了电路的开关噪声和损耗，但与此同时却使电路存在如下的缺点：(1)由于这种电路中的峰值电压比普通的电路要高出很多，因而一定要提升功率器件的耐压水平；(2)在这种电路中的通过电路的有效值电流特别大，因而此电路中存在很大的导通损耗；(3)这类的电路的控制控制方法都只能用脉冲频率调制(PFM)的方法，而变频的电路的设计却比较复杂。25
