软开关技术综述

技术分类: 电源技术  | 2007-06-30
来源:中国电源网

软开关的开通有以下几种方法:

  (a)零电流开通:在开关管开通时,使其电流保持在零,或者限制电流的上升率,从而减小电流与电压的交叠区。从图5(a)可以看出,开通损耗大大减小。

  (b)零电压开通:在开关管开通前,便其电压下降到零。从图5(b)可以看出,开通损耗基本减小到零。

  (c)同时做到(a)和(b),在这种情况下,开通损耗为零。这种情况最为理想。

     同理,软开关的关断有以下几种方法::

  (a)零电流关断:在开关管关断前,使其电流减小到零。从图5(a)可以看出关断损耗基本减小到零。

  (b)零电压关断:在开关管关断时,使其电压保持在零,或者限制电压的上升率,从而减小电流与电压的交叠区。从图5(b)可以看出,关断损耗大大减小。

  (c)同时做到(a)和(b),在这种情况下,关断损耗为零。

  图6给出了开关管工作在软开关条件下的开关轨迹,从图中可以看出,此时开关管的工作条件很好,不会超出安全工作区。

 开关管工作在软开关条件下的开关轨迹

  
图6  开关管工作在软开关条件下的开关轨迹

  4  软开关技术的实现及其类型

  变换器的软开关技术实际上是利用电感和电容来对开关的开关轨迹进行整形,最早的方法是采用有损缓冲电路来实现。从能量的角度来看,它是将开关损耗转移到缓冲电路消耗掉

,从而改善开关管的开关条件。这种方法对变换器的变换效率没有提高,甚至会便效率有所降低。目前所研究的软开关技术不再采用有损缓冲电路,而是真正减小开关损耗,而不是开关损耗的转移。软开关变换器有谐振型变换器、零开关PWM变换器、零转换PWM变换器三种类型,以下将对其进行详细分析:

  (1)谐振型变换器

  利用谐振现象,使电子开关器件上电压或电流按正弦规律变化,以创造零电压开通或零电流关断的条件,以这种技术为主导的变换器称为谐振变换器。它又可以分为全谐振型变换器、准谐振变换器和多谐振变换器三种类型。

  (a)全谐振型变换器

       一般称之为谐振变换器(Resonant converters)。该类变换器实际上是负载谐振型变换器,按照不同的分类方式,它又可以分为不同的类型。

  按照谐振元件的谐振方式,分为串联谐振变换器(Series resonant converters, SRCs)和并联谐振变换器(Parallel resonant converters, PRCs)两类。

  按载与谐振电路的连接关系,谐振变换器可分为两类:一类是负载与谐振回路相串联,称为串联负载(或串联输出)谐振变换器(Series load resonant converters, SLRCs,);一类是负载与谐振回路相并联,称为并联负载(或并联输出)谐振变换器(Parallel load resonant converters, PLRCs),在谐振变换器中,谐振元件一直谐振工作,参与谐振工作的全过程。该变换器与负载关系很大,对负载的变化很敏感,一般采用频率调制方法。

  (b)准谐振变换器(Quasi-resonant converters, QRCs) :它开关技术的一次飞跃,其特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段,不是全程参与。由于正向和反向LC回路值不一样,即振荡频率不同,电流幅值不同,所以振荡不对称。一般正向正弦半波大过负向正弦半波,所以常称为准谐振。无论是串联LC或并联LC都会产生准谐振。利用准谐振现象,使电子开关器件上的电压或电流按正弦规律变化,从而创造了零电压或零电流的条件,以这种技术为主导的变换器称为准谐振变换器。准谐振变换器分为零电流开关准谐振变换器(Zero-current-switching Quasi-resonant converters, ZCS QRCs)和零电压开关准谐振变换器(Zero-voltage-switching Quasi-resonant converters, ZVS QRCs)。

  (c)多谐振变换器(Multi-resonant converters, MRCs):它和准谐振变换器一样,也是开关技术的一次飞跃,其特点是谐振元件参与能量变换的某一个阶段,不是全程参与。多谐振变换器的谐振回路、参数可以超过两个,例如三个或更多,称为多谐振变换器。多谐振变换器一般实现开关管的零电压开关。这类变换器需要采用频率调制控制方法。

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