DC/DC功率變換器軟開關(guān)技術(shù)及Pspice仿真
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這類變換器的特點(diǎn)是：諧振元件參與能量變換的某一個(gè)過(guò)程，不是全程參與。準(zhǔn)諧振變換器分為零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器和零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器。由于運(yùn)行中變換器工作在諧振模式的時(shí)間只占一個(gè)開關(guān)周期中的一部分，而其余時(shí)間都是運(yùn)行在非諧振模式，因此“諧振”一詞用“準(zhǔn)諧振”代替。
零開關(guān)PWM變換器
該類變換器可分為零電壓開關(guān)PWM變換器和零電流開關(guān)PWM變換器。零開關(guān)PWM變換器技術(shù)是在PWM技術(shù)和諧振技術(shù)之間取了折中。在準(zhǔn)諧振變換器的基礎(chǔ)上，加入一個(gè)輔助開關(guān)管，來(lái)控制諧振元件的諧振過(guò)程，實(shí)現(xiàn)恒定頻率控制，即實(shí)現(xiàn)PWM控制。它既可以通過(guò)諧振為主功率開關(guān)管創(chuàng)造零電壓或零電流開關(guān)條件，又可使電路象常規(guī)PWM電路一樣，在恒頻下通過(guò)改變占空比調(diào)制來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)化完成后，轉(zhuǎn)換器返回到普通的PWM操作模式，因此可以減小電路的能量。開關(guān)損耗以最小的導(dǎo)通損失為代價(jià)而得到減少。然而這種變換器也有其自身的缺點(diǎn)，以零電壓PWM變換器為例，它與上面提到的零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器有個(gè)共同的特點(diǎn)就是開關(guān)管和諧振電容、諧振電感的電壓和電流應(yīng)力是完全一樣的，也就是說(shuō)要承受很高的電壓，這對(duì)于開關(guān)管來(lái)說(shuō)是一個(gè)缺陷。
零轉(zhuǎn)換PWM變換器
該類變換器分為零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器和零電流轉(zhuǎn)換PWM變換器。對(duì)于使用MOSFET管的高頻轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，若能實(shí)現(xiàn)完全零電壓轉(zhuǎn)換操作，器件的功能就能很好地發(fā)揮出來(lái)，對(duì)于功率MOSFET來(lái)說(shuō)，它們的器件特性非常依賴于電壓等級(jí)。然而，零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器中的開關(guān)器件承受了其在PWM電路中的兩倍電應(yīng)力，開通損耗將大大增加。并且，主開關(guān)大的關(guān)斷電流將增加關(guān)斷損耗。當(dāng)少數(shù)載流子器件，比如IGBT或BJT用于功率開關(guān)時(shí)，更要注意以上的缺陷。因此，前面幾種變換器與常規(guī)的硬開關(guān)變換電路相比，都毫無(wú)例外地極大地增加了電路中開關(guān)管的電壓或電流應(yīng)力，使電路中的導(dǎo)通損耗明顯增加，從而部分地抵消了開關(guān)損耗降低的優(yōu)點(diǎn)。零轉(zhuǎn)換PWM變換器在開關(guān)上串聯(lián)一個(gè)諧振網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于主控和輔助開關(guān)都可以在不增加其電壓和電流應(yīng)力的情況下動(dòng)作。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/188791.htm
兩種電路的Pspice
仿真結(jié)果及比較
這里僅對(duì)兩種具有代表性的變換器電路：升壓半波模式的零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器和升壓零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器進(jìn)行Pspice仿真。設(shè)定兩種電路的輸入電壓相同，以此分析比較開關(guān)管兩端的電壓應(yīng)力。
升壓半波模式的零電壓開關(guān)
準(zhǔn)諧振變換器仿真
圖1為升壓半波模式的零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器的電路原理圖，仿真參數(shù)如圖中所示，開關(guān)頻率為700kHz。用Pspice軟件對(duì)原理圖進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖2所示。
從圖2中可以看出，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，諧振電容限制了電壓的上升率，使開關(guān)管實(shí)現(xiàn)了零電壓關(guān)斷。諧振電容電壓下降到零，開關(guān)管的反并聯(lián)二極管導(dǎo)通，將開關(guān)管的電壓箝在零位，此時(shí)開關(guān)管在零電壓下導(dǎo)通。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)開關(guān)器件的確承受了很高的電壓應(yīng)力，選擇開關(guān)器件時(shí)要加以考慮，這給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了安全性和可靠性的麻煩。
零電壓轉(zhuǎn)換PWM變換器仿真
圖3 為升壓零電壓PWM變換器的電路原理圖，仿真參數(shù)在圖上標(biāo)明，其中Q為主開關(guān)管，Qa為輔助開關(guān)管，開關(guān)頻率為100kHz。主副開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)波形如圖4所示。
主開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷都是在零電壓的條件下，輔助電路工作時(shí)間不長(zhǎng)，只在主開關(guān)管開通工作時(shí)一段時(shí)間，因此輔助電路的損耗很小。值得注意的是，由于輔助諧振網(wǎng)絡(luò)與主功率開關(guān)器件并聯(lián)，因而在使主開關(guān)器件軟開關(guān)工作的同時(shí)，并沒(méi)有增加過(guò)高的電壓應(yīng)力，這一點(diǎn)是與上面所提到的幾種變換器完全不同的。零轉(zhuǎn)換PWM變換器所具有的這些優(yōu)點(diǎn)，使得其成為目前在工程實(shí)際應(yīng)用中最有發(fā)展前途的功率變換電路拓?fù)渲弧?/p>
結(jié)語(yǔ)
軟開關(guān)技術(shù)在提供低損耗和更高工作頻率上比目前的硬開關(guān)技術(shù)取得了更顯著的效果，由于軟開關(guān)轉(zhuǎn)換器的研發(fā)努力，早期的商用器件的性能有了大幅度提高，也證實(shí)了這種技術(shù)所具有的潛在能力。最明顯的是在工業(yè)和商業(yè)產(chǎn)品中的功率變換器，這些變換器將直流電轉(zhuǎn)換成所要求幅值可調(diào)的直流電、或者幅值和頻率都可調(diào)的單相或多相交流電。然而，現(xiàn)在的軟開關(guān)變換器技術(shù)應(yīng)用了諧振原理，電路中存在串聯(lián)或并聯(lián)的諧振網(wǎng)絡(luò)，諧振網(wǎng)絡(luò)在電路中的存在必然會(huì)產(chǎn)生諧振損耗，使得控制系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，這就使電路受到這種固有問(wèn)題的影響，限制了軟開關(guān)變換器技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外許多人員在研究是否能實(shí)現(xiàn)以及如何實(shí)現(xiàn)無(wú)諧振網(wǎng)絡(luò)的軟開關(guān)變換器技術(shù)，并已取得一些進(jìn)展?？梢灶A(yù)言，無(wú)諧振網(wǎng)絡(luò)的軟開關(guān)變換器將是軟開關(guān)變換技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
評(píng)論