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谐振型DC-DC变换器实现ZVS、ZCS 条件,要达到什么条件?


谐振DC-DC变换器作为转换器的新兴产品,在工业、光伏变电领域相继被广泛应用。目前已经出现串联、并联两种谐振型DC-DC变换器。本文主要讲解的是谐振型转换器实现ZVSZCS条件,需要达到什么要求。

通常情况下,在谐振型的转换器电路设置中,当开关管互补对称驱动且并联电容与主电路谐振电容数值相差较大时,谐振变换器实现ZVS和ZCS条件基本上可以由谐振网络输入阻抗的性质确定,如下图所示:

谐振型DC-DC变换器实现ZVS、ZCS 条件,要达到什么条件?

图1谐振电路ZVS、ZCS条件

各时间段导通开关管如下图所示:

谐振型DC-DC变换器实现ZVS、ZCS 条件,要达到什么条件?

图2谐振全桥变换器开关管导通情况

从图1和图2的参数比对分析中我们可以比较明显的看出,当谐振网络输入阻抗Zin为感性时,输入电流ir滞后于输入电压角度φ,在主开关管被驱动之前,其寄生二极管已经导通,主开关管两端电压被箝位至零,故主开关管为ZVS,而驱动信号被撤走时,主开关管中还流过电流,故为硬关断。

当谐振网络输入阻抗Zin为容性(如图1中b图所示)时,输入电流ir超前于输入电压vs角度φ,在主开关被驱动之前,由于同一桥臂另一开关管的寄生二极管已经导通,主开关管两端电压被箝位至输入电压Vin,故为硬开通,而驱动信号被撤走时,主开关管中电流为零,谐振电流流过寄生(反并)二极管,故主开关管为ZCS。由于主开关管实现ZVS或ZCS的条件仅由谐振网络输入电压和电流的相位关系确定,故只要谐振电流ir为与输入电压vs同频率的周期信号,以上结论就成立。

在以上的结论分析研究中,尽管谐振电流参数ir仅含基波成分,但该结论依旧同样适用于谐振电流ir中除了含基波分量以外,也含有3、5、7……次谐波的情况(如多谐振变换器等)。由于当变换器负载一定时,谐振网络输入阻抗Zin的性质是确定的,因此通常谐振变换器不能同时实现ZVS和ZCS,要同时实现ZVS和ZCS,往往需要在副方增加一些辅助电路,这样会增加电路的复杂性。

在该过程中,Zin的性质主要由Zin的虚部决定,当Im[Zin(jws)]>0时,Zin(jws)为感性;当Im[Zin(jws)]<0时,Zin(jws)为容性;当Im[Zin(jws)]=0时,Zin(jws)为纯阻性。

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