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ZCV/ZVS准谐振转换器

发布时间:2008/10/7 0:00:00 访问次数:2222

  图1(a)、(b)分别表示buck zcs和zvs半波准谐振转换器(quasi-resonant converter),点画线框内的子电路称为zcs/zvs谐振开关,是在开关管上附加谐振网络构成的,利用局部谐振实现zcs或zvs。谐振电路中的电感lr包括电路中可能有的杂散电感和变压器漏感,谐振电容cr包括开关管中的结电容。

  图1(a)中,当开关管v导通时,lrcr谐振,开关管的电流按准正弦规律变化,但需注意的是,这时的谐振频率并不一定等于开关频率。当电流谐振到零时,令开关管v关断,谐振停止。实现零电流关断。图2(a)、(b)分别表示buck zvs-qrc和zcs-qrc开关管的电流电压波形。

  图2(a)中的谐振电流峰值

  (1)

  式中,io为负载电流;imax为流过开关管的电流峰值。

  特征阻抗

  (2)

  可见,zcs-qrc开关管上承受较大的电流或电流应力(current stress),定义电流应力

  ki=imax/io  (3)

  但zcs-qrc开关管承受的电压应力并不大,定义电压应力

  kv=umax/ui  (4)

  因为umax=ui,故kv=1.

  [例]buck zcs-qrc,ui=20v,io=2a,lr=1.6,μh,cr=64nf,zn=5ω

  代入式(1),得imax=6a,电流应力ki=imax/io=6/2=3

  zcs-qrc的主要缺点是:由于开关管的输出电容使容性开通的损耗增大,限制了它的最大开关频率,一般要小于1 mhz。

  图2(b)所示的zvs谐振开关中9当开关管关断时,lrcr串联谐振,电容cr(即开关管的输出电容)电压按准正弦规律变化,当它自然过零时,令开关管开通,电容电压放电到零,实现了零电压开通。利用功率mosfet做主开关时,zvs-qrc的开关频率可以达到10 mhz,从而提高了开关转换器的功率密度。zvs开关电流应力ki=1。开关承受的最大电压umax可以按式(5)计算

  umax=ui max+io maxzn   (5)

  式中 io max—最大负载电流;

  ui max——最大输入电压。

  可见,umax与zvs-qrc的运行条件有关。

  谐振电压峰值过高,使开关管承受过大的电力应力(达5~10倍),是zvs-qrc的一个主要问题。为了解决zvs-qrc谐振电压峰值过高的问题,促进人们对早年提出的有源钳位开关转换器的重新认识和研究。

  从图1中不难看出,zcs谐振开关和zvs谐振开关是互为对偶的。而且只要在buck pwm开关转换器电路中,用zcs/zvs谐振开关代替pwm开关。同理,也可以得到其他各种类型的zcs/zvs-qrc电路,如boast,cuk,sepic,zeta,forward,flyback及桥式转换器等。

  欢迎转载,信息来自维库电子市场网(www.dzsc.com



  图1(a)、(b)分别表示buck zcs和zvs半波准谐振转换器(quasi-resonant converter),点画线框内的子电路称为zcs/zvs谐振开关,是在开关管上附加谐振网络构成的,利用局部谐振实现zcs或zvs。谐振电路中的电感lr包括电路中可能有的杂散电感和变压器漏感,谐振电容cr包括开关管中的结电容。

  图1(a)中,当开关管v导通时,lrcr谐振,开关管的电流按准正弦规律变化,但需注意的是,这时的谐振频率并不一定等于开关频率。当电流谐振到零时,令开关管v关断,谐振停止。实现零电流关断。图2(a)、(b)分别表示buck zvs-qrc和zcs-qrc开关管的电流电压波形。

  图2(a)中的谐振电流峰值

  (1)

  式中,io为负载电流;imax为流过开关管的电流峰值。

  特征阻抗

  (2)

  可见,zcs-qrc开关管上承受较大的电流或电流应力(current stress),定义电流应力

  ki=imax/io  (3)

  但zcs-qrc开关管承受的电压应力并不大,定义电压应力

  kv=umax/ui  (4)

  因为umax=ui,故kv=1.

  [例]buck zcs-qrc,ui=20v,io=2a,lr=1.6,μh,cr=64nf,zn=5ω

  代入式(1),得imax=6a,电流应力ki=imax/io=6/2=3

  zcs-qrc的主要缺点是:由于开关管的输出电容使容性开通的损耗增大,限制了它的最大开关频率,一般要小于1 mhz。

  图2(b)所示的zvs谐振开关中9当开关管关断时,lrcr串联谐振,电容cr(即开关管的输出电容)电压按准正弦规律变化,当它自然过零时,令开关管开通,电容电压放电到零,实现了零电压开通。利用功率mosfet做主开关时,zvs-qrc的开关频率可以达到10 mhz,从而提高了开关转换器的功率密度。zvs开关电流应力ki=1。开关承受的最大电压umax可以按式(5)计算

  umax=ui max+io maxzn   (5)

  式中 io max—最大负载电流;

  ui max——最大输入电压。

  可见,umax与zvs-qrc的运行条件有关。

  谐振电压峰值过高,使开关管承受过大的电力应力(达5~10倍),是zvs-qrc的一个主要问题。为了解决zvs-qrc谐振电压峰值过高的问题,促进人们对早年提出的有源钳位开关转换器的重新认识和研究。

  从图1中不难看出,zcs谐振开关和zvs谐振开关是互为对偶的。而且只要在buck pwm开关转换器电路中,用zcs/zvs谐振开关代替pwm开关。同理,也可以得到其他各种类型的zcs/zvs-qrc电路,如boast,cuk,sepic,zeta,forward,flyback及桥式转换器等。

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